电容式传感器及应用.ppt

特点 能获得线性输出；双稳态输出信号一般为100kHz～1MHz的矩形波，所以直流输出只需经滤波器简单引出，不需要解调器，即能获得直流输出。电路采用稳定度较高的直流电源，这比其他测量线路中要求高稳定度的稳频、稳幅的交流电源易于做到。如果将双稳态触发器Q端的电压信号送到计算机的定时、计数引脚，则可以用软件来测出占空比q，从而计算出ΔC的数值。这种直接采用数字处理的方法不受电源电压波动的影响 第三十页，共四十五页，2022年，8月28日 5．二极管双T型交流电桥 二极管双T型交流电桥电路原理图。e是高频电源，它提供幅值为Ui的对称方波，VD1、VD2为特性完全相同的2个二极管，R1=R2=R，C1、C2为传感器的两个差动电容。 第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日 3.3电容式传感器的应用 电容式传感器不但应用于位移、振动、角度、加速度及荷重等机械量的精密测量，还广泛应用于压力、差压力、液位、料位、湿度、成分含量等参数的测量。 第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日 电容式传感器及应用 第一页，共四十五页，2022年，8月28日 引言 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。 结构简单、分辨力高、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作 。 很有发展前途的传感器 。 第二页，共四十五页，2022年，8月28日 目录 3.1电容式传感器工作原理及类型 3.2电容式传感器的转换电路 3.3电容式传感器的应用 第三页，共四十五页，2022年，8月28日 3.1电容式传感器工作原理及类型 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 保持其中两个参数不变，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。 电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面积式和变介质式3种类型。 第四页，共四十五页，2022年，8月28日 3.1.1 变面积式电容传感器 面积变化式电容传感器在工作时的极距、介质等保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生改变。 变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板，另一个是可移动的，称为动极板。 第五页，共四十五页，2022年，8月28日 面积变化型电容传感器原理 第六页，共四十五页，2022年，8月28日 （a）为平板形位移电容传感器。 设两个相同极板的长为b，宽为a，极板间距离为d，当动极板移动x后，电容Cx也随之改变。 电容的相对变化量和灵敏度为 第七页，共四十五页，2022年，8月28日 差动结构形式 提高测量精度 ，减少动极板与定极板之间的相对极距可能变化而引起的测量误差。 中间极板移动变面积式电容传感器原理 第八页，共四十五页，2022年，8月28日 （b）为圆柱线位移电容传感器 灵敏度K也为一常数。 第九页，共四十五页，2022年，8月28日 （c）为角位移形式的电容传感器。 当动极板有一角位移时，两极板的相对面积A也发生改变，导致两极板间的电容量发生变化 当 时 当 时 第十页，共四十五页，2022年，8月28日 推导过程 电容与角位移成线性关系。其灵敏度为 变面积式电容传感器的输出是线性的，灵敏度K是一常数。 第十一页，共四十五页，2022年，8月28日 3.1.2 变极距式电容传感器 两极板的有效作用面积及极板间的介质保持不变，则电容量C随极距d按非线性关系变化， 第十二页，共四十五页，2022年，8月28日 电容值 动极板2未动时传感器初始电容 （ ）。 当动极板2移动x值后， 第十三页，共四十五页，2022年，8月28日 结论分析 当 时 电容与x 近似线性关系，但量程缩小很多，变极距式电容传感器的灵敏度为 第十四页，共四十五页，2022年，8月28日 极距变化型电容传感器的灵敏度与极距的平方成正比，极距越小灵敏度越高。但 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。 原理上的非线性 ，要修正。 差动工作方式，电容传感器的灵敏度提高了一倍，非线性得到了很大的改善， 第十五页，共四十五页，2022年，8月28日 结论 极距变化型电容传感器的优点是可实现动态非接触测量，动态响应特性好，灵敏度和精度极高（可达nm级），适应于较小位移（1nm～1 ?m）的精度测量。但传感器存在原理上的非线性误差，线路杂散电容（如电缆电容、分布电容等）的影响显著，为改善这些问题而需配合使