C43 电容传感器详解.ppt

ε1 CB l d2 d1 ε2 x CA 线位移传感器 等效电路 CA CB C 2) 单组式平板形线位移传感器 设极板宽度为b，板间无介质ε2 时，传感器的电容量为： 移入介质ε2 后的电容量为： ε1 CB l d2 d1 ε2 x CA 等效电路 C2 C1 C 3) 圆筒式液位传感器 液位传感器 2r2 2r1 h hx 与被测液位hx成线性关系 2r2 2r1 h hx 电容传感器中电容值变化都很微小，不能直接显示记录，必须将电容变化转换为电流、电压的变化。 电容传感器的测量电路包括: 运算放大器式电路 电桥电路 调频电路 谐振电路 二极管T型网络 脉冲宽度调制电路 6.3 电容传感器测量电路 1．运算放大器式电路 克服变极距传感器的非线性使其输出电压与输入位移成线性； Cx:电容传感器 Co:固定电容 6.3 电容传感器测量电路 K为理想运放 若传感器是一平行板电容，则： 对于单极板平板电容器传感器运放输出可以为： 运算放大器的输出电压与动极板的板间距离d成正比。运算放大器测量电路克服了变极距型电容传感器的非线性。 1．运算放大器式电路 6.3 电容传感器测量电路 2．电桥电路 6.3 电容传感器测量电路 U Cr1 C （a） R R U0 （c） U Cr1 Cr2 U0 L L Cr1 （b） C U0 U C Cr2 平衡电桥 平衡条件 2．电桥电路 6.3 电容传感器测量电路 初始状态 若中心极板移动 C1、C2为传感器 的两个差动电容 使用元件最少，桥路内阻最小 Cr1 Cr2 USC 放大 振荡器 相敏 检波 滤波器 由于电桥输出电压与电源电压成比例，因此要求电源电压波动极小，需采用稳幅、稳频等措施， 3．变压器式电桥电路 等效电路 电桥平衡时 当动极板偏离中心位置时 * C6 电容式传感器 传感器作用及分类 电阻式传感器 电感式传感器 电容式传感器 压电式传感器 磁电式传感器 主要内容： 6.1 电容传感器工作原理和类型 6.2 电容传感器输出特性 6.3 电容传感器测量电路 6.4 电容式传感器的应用举例 电容式传感器的特点是： 小功率、高阻抗;本身发热影响小; 电容器小几十～几百微法，具有高输出阻抗; 静电引力小（极板间），工作所需作用力很小； 可动质量小,具有高的固有频率动态响应特性好； 可进行非接触测量。 传统电容式传感器主要用于位移、振动、角度、 加速度等机械量精密测量。现逐渐应用于压力、压差、液面、成份含量等方面的测量。 电容式接近开关 电容式指纹传感器 电容式变送器 差压传感器 驱动电缆原理图 1、传感器；2、驱动电缆放大器； 3、内屏蔽；4、信号线； 5、外屏蔽；6、测量电路； 双层屏蔽等电位传输技术 减小电缆分布电容的影响 等电位，控制容性电流，等效地消除了引线与内屏蔽层之间的电容 10m 6.1 电容传感器工作原理和类型 电容式传感器是将被测非电量变化成电容量的变化， 电容器 C 可以通过改变 S — 极板面积，称变面积型传感器 — 极板距离，称变极距型传感器 — 介质介电常数，称变介质型传感器 平板电容器 1、定极板；2、动极板； 圆筒形 1、定极筒 2、动极筒 变极距型传感器 测微小的线位移(0.01微米～零点几毫米) 6.1 电容传感器工作原理和类型 变面积型传感器 测位移或较大线位移 6.1 电容传感器工作原理和类型 变介质型传感器 测固体或液体的物位或介质的湿度、密度 6.1 电容传感器工作原理和类型 1、变极距型（ d ） 初始电容: 当 d 减小 △d 时 电容 C 增加△C 6.2 电容传感器的输出特性 变极距型 电容式传感器 电容量与极板间 距离的关系 6.2 电容传感器的输出特性 C D C 1 D C 2 O D d 1 D d 2 C D C 1 D C 2 O D d 1 D d 2 d 电容相对变化 当|Δd/d0|1时，上式可按泰勒级数展开，可得 1、变极距型（ d ） 6.2 电容传感器的输出特性 传感器灵敏度 1、变极距型（ d ） 6.2 电容传感器的输出特性 ?变极距型电容 传感器的非线性特性 非线性 如果考虑式中的线性项及二次项 1、变极距型（ d ） 6.2 电容传感器的输出特性 非线性误差? 讨论： 要提高传感器灵敏度 应减小初始极距,但初始极距 受电容击穿电压限制； 非线性随相对的位移的增加而增加，为保证线性 度应限制相对位移； 起始极距与灵敏度相矛盾，变极距型电容传感器 适合测小位移； 为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构