同济大学苏永清_传感器与检测技术电容式传感器-c特点及误差分析讲诉.ppt

1 传感器与检测技术 同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系 主讲教师：苏永清 电子与信息工程学院控制科学与工程系 2 例题 图为二极管环形检波测量电路。 C 1 和 C 2 为差动式电 容传感器， C 3 为滤波电容， R L 为负载电阻。 R 0 为限流电 阻。 U P 是正弦波信号源。设 R L 很大，并且 C 3 C 1 ,C 3 C 2 。 ⑴ 试分析此电路工作原理； ⑵ 画出输出端电压 U AB 在 C 1 =C 2 、 C 1 C 2 、 C 1 C 2 三种情况下 波形图； ⑶ 推导数学表达式。 B C 3 D 3 D 2 ～ D 4 C 1 C 2 R 0 R L A U P F E 电子与信息工程学院控制科学与工程系 3 C 1 = C 2 U AB t 0 ? AB U C 1 C 2 U AB t 0 ? AB U C 1 C 2 U AB t 0 ? AB U 0 , 0 , 0 , 2 1 2 1 2 1 ? ? ? ? ? ? AB AB AB U C C U C C U C C ) , ( , 2 1 3 3 2 2 1 1 C C C C U C j I U C j I P P ?? ? ? ? 阻抗可忽略， ? ? AB AB Z I I U ) ( 2 1 ? ? ⑵ U AB 波形图如图 3-5(b ）所示。由 波形图可知 ⑶ ，则 3 1 2 3 1 ( ) 1 L P L R j c j C C U R j C ? ? ? ? ? ? ? ? 1 2 1 2 3 3 ) P P C C C C j U U j C C ? ? ? ? ? ? ? （ 输出电压平均值 P AB U C C C K U 3 2 1 ? ? ? ，式中 K 为滤波系数 电子与信息工程学院控制科学与工程系 4 上讲复习 1 、电容传感器的等效电路 c Z s R L C p R 2 2 0 1 1 ( / ) E C C C LC f f ? ? ? ? ? 等效电容 电子与信息工程学院控制科学与工程系 5 2 、交流不平衡电桥 1 1 2 2 2 (1 ) (1 ) SC Z Z Z Z A A A U E KE A ? ? ? ? ? ? ? ? 令 ＝ 为传感器阻抗相对变化值； A= 为桥臂比， K= 为桥臂系数 则： 思考 和应变式传感器直流电桥的关系 电子与信息工程学院控制科学与工程系 6 3 、二极管环形检波电路 如图 3-10 所示： 0 1 2 ( ) i U K U f C C ? ? ? ? 电子与信息工程学院控制科学与工程系 7 4 、差动脉冲宽度调制电路 r U ● 双稳态 触发器 ● ● ● ● ● ● ● AB u 1 C 2 C 1 R 2 R 1 D 2 D 1 A 2 A Q Q A B G F ● ● 1 2 1 2 0 1 1 1 2 1 2 T T C C U U U T T C C ? ? ? ? ? ? 电子与信息工程学院控制科学与工程系 8 5 、运算法测量电路 － A x C ● C i U ～ ● ● o U ? 电容传感器 ● 0 1 1 x i i x j C C U U U j C C ? ? ? ? ? ? ? 电子与信息工程学院控制科学与工程系 9 § 3-3 电容式 特点及误差分析 1 ．温度稳定性好 传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电极 的几何尺寸，且空气等介质损耗很小，因此只要从强度、 温度系数等机械特性考虑，合理选择材料和几何尺寸即可 ，其他因素 ( 因本身发热极小 ) 影响甚微。而电阻式传感器 有电阻，供电后产生热量；电感式传感器存在铜损、涡流 损耗等，引起本身发热产生零漂。 2 ．结构简单，适应性强 电容式传感器结构简单，易于制造。能在高低温、强 辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，适应能力强 ，尤其可以承受很大的温度变化，在高压力、高冲击、过 载等情况下都能正常工作，能测超高压和低压差，也能对 带磁 工件进行测量。此外传感器可以做得体积很小，以便 实现某些特殊要求的测量。 电子与信息工程学院控制科学与工程系 10 3 ．动