第4章电容式传感器详解.ppt

第四章 电容式传感器;4.1 电容式传感器的概述;4.1.1 电容式传感器的工作原理;上一页;4.1.2 电容式传感器的结构类型;上一页;4.2 电容式传感器的输出特性;4.2.1 变极距型;电容量的变化ΔC; 变极距电容式传感器的灵敏度定义为单位位移的变化引起的输出电容相对变化量。;为提高传感器的灵敏度和改善非线性关系，变极距式电容传感器一般采用差动结构（包括一个动片，两个静片），如图所示。;根据泰勒级数展开式：; 差动式电容传感器的灵敏度为单位位移引起的输出电容相对变化量。; 例：一单极板变极距型平板电容传感器，初始极距为δ0=1mm，要求测量的线性度是0.1%，求允许极距下所测量的最大变化量是多少？;4.2.2 平面变面积型;电容变化量为;*;4.2.3 变介电常数型;1. 测量介电常数;用泰勒级数展开，得;2. 测量介电厚度;用泰勒级数展开，得; 测量时，电容器的介质一部分是被测液位的液体，一部分是空气。;4. 测量位移;上一页;克服寄生电容的耦合常采用：;4.3.2 转换电路; 电桥的两个臂为传感器电容，另外两个臂是变压器的次级绕组。;当交流电桥负载无穷大时，输出电压为：; 当电容动片上移时，使传感器两电容器一个增大一个减小时，它们分别变为：;电容传感器交流电桥的多种电路形式：;e是高频电源，它提供了幅值为U的对称方波，VD1、 VD2为特性完全相同的两只二极管，固定电阻R1=R2=R，C1、C2为传感器的两个差动电容。 ;*; 未测量时， C1=C2，双T电桥电容充放电时间常数相同，则输出到负载RL上的电压平均值为0;当RL已知，式中 ;3. 差动脉冲调宽电路;U1为触发器输出高电位值; 当C1≠C2时， Uc1与Uc2分别对C1、C2充放电时间不同，此时UA、UB脉冲宽度不再相等，输出电压不再是零:;因此;4. 运算放大器式电路;4.4 应用举例;4.4.1 压差式电容压力传感器; 当测量压室两边的压力不等时 p1p2 F1F2 动极板金属膜片弯向右边 p1p2 F1F2 动极板金属膜片弯向左边 ;*;*;4.4.2 电容测厚仪;4.4.3 电容传声器测声;4.5 电容式集成传感器; 工作原理;4.5.2 新型电容式指纹传感器; 指纹的采集;2、电容式指纹集成传感器; 工作原理; 应用系统; 思考题