2016传感器及应用（北理工版）电子教案：2. 5电容式传感器.docVIP

《传感器及应用》 2. 5电容式传感器 第２０课时 教学内容： 　2. 5电容式传感器 教学目标： 　熟悉电容式传感器的概念及工作原理。 　掌握电容传感器的结构及转换电路。 　知道电容传感器的主要应用。 教学重、难点： 　传感器的结构、工作原理、主要应用 教学方法： 　讲授、多媒体、图表 教学过程： 一、概念及特点 １、概念：电容式传感器是一种能将被测非电量转换成电容量变化，然后再经转换电路转换成电压、电流或频率等信号输出的测量装置。 ２、特点： (1)高阻抗，小功率，仅需很低的输入能量。 (2)可获得较大的变化量，从而具有较高的信噪比和系统稳定性。 (3)动态响应快，工作频率可达几兆赫，可非接触测量，被测物是导体或非导体均可。 (4)结构简单，适应性强，可在高低温、强辐射等恶劣的环境下工作。因此它在非电量测量和自动检测中得到广泛应用，可测量月功、位移、振动、角度、加速度、液位、湿度、成分含量等参数。 二、 工作原理 电容式传感器的基本原理如图2-30所示，它是由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为: 式中Ｃ为电容极板间介质的介电常数，ε０为真空介电常数，εr为极板间介质相对介电常数; A 一平行板所覆盖的面积; d 一两平行板之间的距离。 当被测参数变化使得上式中的A ,d或ε发生变化时，电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种类型。 课堂小结： 　概念　原理 课后作业： 　１电容传感器的概念及工作原理是什么？ 教学反思： 基本掌握电容式传感器的概念及特点，能正确分析传感器的工作原理。 第２１课时 教学内容： 　2. 5电容式传感器 教学目标： 　熟悉电容式传感器的概念及工作原理。 　掌握电容传感器的结构及转换电路。 　知道电容传感器的主要应用。 教学重、难点： 　传感器的结构、工作原理、主要应用 教学方法： 　讲授、多媒体、图表 教学过程： 三、测量转换电路 电容式传感器中电容值以及电容变化值都十分微小，这样微小的电容量还不能直接为目前的显示仪表所显示，也很难为记录仪所接受，不便于传输。这就必须借助于测量电路检出这一微小电容增量，并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。电容转换电路有电桥电路(调幅电路)、调频电路、运算放大器式电路、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。以下以电桥电路为例介绍其转换原理。 主要用：电桥电路(调幅电路) 电容电桥的主要特点有: １、电桥输出调幅波，其幅值与被测量成比例，因此电桥电路又称为调幅电路; ２、输出电压与电源电压成比例，因此要求电源采用稳幅、稳频等措施; ３、传感器必须工作在平衡位置附近，否则电桥非线性将增大。在要求精度高的场合(如飞机用油量表)应采用自动平衡电桥; ４、输出阻抗很高(一般达几兆欧至几十兆欧)，输出电压低，必须后接高输入阻抗、高放大倍数的处理电路。 课堂小结： 结构　转换电路 课后作业： 　１电容式传感器的测量转换电路及特点？ 教学反思： 　　了解电容传感器的结构，对转换电路掌握较好，能分析其工作原理。并能理解电桥电路的特点。 第２２课时 教学内容： 　2. 5电容式传感器 教学目标： 　熟悉电容式传感器的概念及工作原理。 　掌握电容传感器的结构及转换电路。 　知道电容传感器的主要应用。 教学重、难点： 　传感器的结构、工作原理、主要应用 教学方法： 　讲授、多媒体、图表 教学过程： 四、电容式传感器的应用 　电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。 　变极距型的适用于较小位移的测量，量程在0. 0l m至数百微米、精度可达0. O1 m、分辨率可达0. 001 m。变面积型的能测量较大的位移，量程为零点几毫米至数百毫米之间、线性优于0. 5 %、分辨率为0. O1-0. 001 m。 1.电容式差压传感器 这种传感器结构简单、灵敏度高、响应速度快(约100ms )、能测微小压差(0 ~ 0. 75 Pa )。 2.电容式测厚传感器 在被测带材的上、下两侧各置一块面积相等、与带材距离相等的极板，这样，极板与带材就构成了两个独立电容器。 3.电容式力和压力传感器 课堂小结： 　　应用 课后作业： 　１电容式传感器的主要应用有哪几方面？ 教学反思： 　　熟悉三种电容传感器的应用原理，及了解各种应用的特点及结构、电路原理。 2