第3章 电容式传感器 传感器技术 知识及应用 课件.pptVIP

3.3 电容式传感器的误差分析 屏蔽和接地。用良导体做传感器壳体，将传感元件包围起来，并可靠接地；用金属网套住导线彼此绝缘(即屏蔽电缆)，金属网可靠接地；用双层屏蔽线可靠接地；用双层屏蔽罩且可靠接地；传感器与测量电路前置级一起装在良好屏蔽壳体内并可靠接地等。 增加原始电容量，降低容抗。 导线间的分布电容有静电感应，因此导线和导线之间要离的远，线要尽可能短，最好成直角排列，若必须平行排列时可采用同轴屏蔽电缆线。 尽可能一点接地，避免多点接地。地线要用粗的良导体或宽印制线。 另外，在系统设计时尽量采用差动式电容传感器，可减小非线性误差，提高传感器灵敏度，减小寄生电容的影响和温度、湿度等其他环境因素导致的测量误差。 上一页 返回 3.4 电容式传感器的应用 由于电子技术的发展，成功地解决了电容式传感器存在的技术问题，为电容式传感器的应用开辟了广阔的前景。它不但广泛地应用于精确测量位移、厚度、角度、振动等机械量，还用于测量力、压力、差压、流量、成分、液位等参数。 3.4.1 电容式差压传感器 在工业生产流程自动控制中，温度、压力、流量、液位是四大重要参数。石油、钢铁、电力、化工、造纸等加工业的设备安全生产运转，对压力传感器的可靠性与稳定性提出较高要求。膜片式压力计是常用的一种。 图3-20所示是电容式差压传感器结构示意图。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(0～0.75Pa)。它是由两个玻璃圆盘和一个金属(不锈钢)膜片组成。 下一页 返回 3.4 电容式传感器的应用 两玻璃圆盘上的凹面上各镀以金作为电容式传感器的两个固定极板，而夹在两凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极，从而形成传感器的两个差动电容C1、C2。当两边压力p1、p2相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电容间距相等，因此两个电容相等；当p1＞p2时，膜片弯向p2，那么两个差动电容一个增大、一个减小，且变化量大小相同；当压差反向时，差动电容变化量也反向。这类传感器也可以用来测量真空或微小绝对压力，把一侧密封后抽成真空即可。 在日本该压力计型号为UVE-31~44，测压范围在0.8～500×10-5Pa，使用温度-40～100℃，以其结构简单，具有良好的温度特性(±0.2%/50℃)、小体积、轻重量而被广泛采用。 3.4.2 电容式加速度传感器 图3-21所示为电容式传感器及由其构成的力平衡式挠性加速度计。 上一页 下一页 返回 3.4 电容式传感器的应用 敏感加速度的质量组件由石英动极板及力发生器线圈组成，并由石英挠性梁弹性支承，其稳定性极高。固定于壳体的两个石英定极板与动极板构成差动结构，两极面均镀金属膜形成电极。由两组对称E形磁路与线圈构成的永磁动圈式力发生器，互为推挽结构，大大提高了磁路的利用率和抗干扰性。 工作时，质量组件敏感被测加速度，使电容传感器产生相应输出，经测量(伺服)电路转换成比例电流输入力发生器，使其产生一电磁力与质量组件的惯性力精确平衡，迫使质量组件随被加速的载体而运动；此时，流过力发生器的电流，即精确反映了被测加速度值。 在这种加速度传感器中，传感器和力发生器的工作面均采用微气隙“压膜阻尼”，使它比通常的油阻尼具有更好的动态特性。典型的石英电容式挠性加速度传感器的量程为0～150m/s2，分辨力为1×10-5m/s2，非线性误差和不重复性误差均不大于0.03%F.S.。 上一页 下一页 返回 3.4 电容式传感器的应用 这种传感器目前主要应用于超低频低加速度测量，是惯性导航系统中不可缺少的关键元件，中程导弹、军用飞机、飞船使用的加速度传感器大多数是力平衡系统。 3.4.3 电容式位移传感器 图3-22所示为一种变面积型电容式位移传感器。它采用差动式结构、圆柱形电极，与测杆相连的动电极随被测位移而轴向移动，从而改变活动电极与两个固定电极之间的覆盖面积，使电容发生变化。它用于接触式测量，电容与位移呈线性关系。其工作过程如下：固定电极3与壳体绝缘，活动电极4与测杆1固定在一起并彼此绝缘。当被测物体位移使测杆1轴向移动时，活动电极4与固定电极3的覆盖面积随之改变，使电容量一个变大、另一个变小，它们的差值正比于位移。开槽弹簧片2为传感器的导向与支承，无机械摩擦，灵敏性好，但行程小。 上一页 下一页 返回 3.4 电容式传感器的应用 3.4.4 电容式测厚传感器 电容测厚仪是用来测量在轧制工艺过程中金属带材厚度变化的。其变化器就是电容式厚度传感器，工作原理如图3-23所示。在被测带材的上下两边各置一块面积相等与带材距离相同的极板，这样极板与带材就形成了两个电容器。把两块极板用导线连接起来，就成为一个极板，而带材则是电容传感器的另一个极板，其总电容C=C1+C2。金属带材在轧制过程中