自动检测技术及应用课件第电容式传感器.pptVIP

A1A2UrR1R2C1D1D2C2QQAFBGA3+V-VU0R-S触发器3.脉冲宽度调制电路第31页，共47页，星期日，2025年，2月5日双稳态触发器R2A1A2VD2VD1R1uABC2C1QQAGBFUR比较器循环工作第32页，共47页，星期日，2025年，2月5日U0平均值为零U0平均值不为零第33页，共47页，星期日，2025年，2月5日传感器及检测技术第1页，共47页，星期日，2025年，2月5日eg.加速度传感器在汽车中的应用加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器据此判断发生了碰撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。装有传感器的假人气囊第2页，共47页，星期日，2025年，2月5日一.电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置，实质上就是一个具有可变参数的电容器。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:ε——电容极板间介质的介电常数，ε=ε0εr，其中ε0为真空介电常数，εr极板间介质的相对介电常数；S——两平行板所覆盖的面积；d——两平行板之间的距离。第3页，共47页，星期日，2025年，2月5日电容式传感元件的各种结构形式第4页，共47页，星期日，2025年，2月5日当被测参数变化使S、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。第5页，共47页，星期日，2025年，2月5日分类示意图：c)介质变化型b)面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型.++++++a)极距变化型;+++第6页，共47页，星期日，2025年，2月5日当传感器的εr和S为常数，初始极距为d0时，可知其初始电容量C0为若电容器极板间距离由初始值d0缩小了Δd，电容量增大了ΔC，则有第7页，共47页，星期日，2025年，2月5日变极距型电容式传感器1.变极距型电容传感器第8页，共47页，星期日，2025年，2月5日若Δd/d01时，1-(Δd/d0)2≈1，则此时C与Δd近似呈线性关系，所以变极距型电容式传感器只有在Δd/d0很小时，才有近似的线性关系。另外，在d0较小时，对于同样的Δd变化所引起的ΔC可以增大，从而使传感器灵敏度提高。但d0过小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质,此时电容C变为第9页，共47页，星期日，2025年，2月5日式中：εg——云母的相对介电常数，εg=7；ε0——空气的介电常数，ε0=1；d0——空气隙厚度；dg——云母片的厚度。第10页，共47页，星期日，2025年，2月5日放置云母片的电容器第11页，共47页，星期日，2025年，2月5日云母片的相对介电常数是空气的7倍，其击穿电压不小于1000kV/mm，而空气仅为3kV/mm。因此有了云母片，极板间起始距离可大大减小。同时，dg/ε0εg项是恒定值，它能使传感器的输出特性的线性度得到改善。一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在20~100pF之间，极板间距离在25~200μm的范围内。最大位移应小于间距的1/10，故在微位移测量中应用最广。第12页，共47页，星期日，2025年，2月5日变面积型电容传感器原理图2.变面积型电容式传感器第13页，共47页，星期日，2025年，2月5日被测量通过动极板移动引起两极板有效覆盖面积S改变，从而得到电容量的变化。当动极板相对于定极板沿长度方向平移Δx时，则电容变化量为式中C0=ε0εrba/d为初始电容。电容相对变化量为很明显，这种形式的传感器其电容量C与水平位移Δx呈线性关系。第14页，共47页，星期日，2025年，2月5日电容式角位移传感器原理图第15页，共47页，星期日，2025年，2月5日当动极板有一个角位移θ时，与定极板间的有效覆盖面积就发生改变，从而改变了