《传感器与检测技术 第四章 电容传感器课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器与检测技术 第四章 电容传感器课件（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 电容传感器,第一节 工作原理与类型 第二节 转换（测量）电路 第三节 电容式传感器的误差分析 第四节 电容式传感器的应用 第五节 电容式集成传感器,电容传感器,优点： 测量范围大，相对变化量可大于100; 灵敏度高，分辨率高； 动态响应时间短； 机械损失小； 结构简单，适应性强，可非接触测量。 缺点： 寄生电容影响较大，降低了测量灵敏度； 与传感器联接的线路较复杂。,1.变换原理:,将被测量的变化转化为电容量变化,两平行极板组成的电容器,它的电容量为:,当被测量、S或发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化
2、。,电容式传感器,2 分类,电容式传感器,第一节 工作原理与类型,一、工作原理 两个金属板间的电容为,二、类型 1. 变极距（）型电容传感器 2. 变面积（S）型电容传感器 3. 变介电常数（）型电容传感器,？,电容传感器的结构形式,1. 变极距（）型电容传感器,电容微位移计,忽略高次项,1. 变极距（）型电容传感器,灵敏度：,线性度：,1. 变极距（）型电容传感器,由上面两式知，0减少可使灵敏度K增大，但非线性误差也增大。因此常采用差动式结构，以提高灵敏度，减少非线性误差。,差动变极距（）型电容传感器,差动变面积（S）型电容传感器,2.变面积（S）型电容传感器,.角位移式,当转角 时：,当转
3、角 时：,灵敏度,.直线位移式,初始时,当其中一个极板移动距离为x时，,灵敏度,.圆柱形,设r1、r2为内、外圆筒半径，忽略边缘效应，内外筒间的电容值为：,l 为有效长度,3.变介电常数()型电容传感器,.电容液位计,C与液位高度h1成正比,.用于测量厚度或介电常数的变介质传感器,可见，这是一个非线性传感器。,d为两电极板之间的间距，d1为被测电介质的厚度，极间空气介质的厚度为d0=dd1,一、测量电桥 1、单臂桥,第二节 转换（测量）电路,（1）初态时：电桥调整到平衡状态，此时C1C3=C2CX，Uo=0。,（2）工作时：CX发生变化，电桥不平衡；即CX变化一个CX，则电桥输出Uo，电容变化
4、量越大，电桥输出电压越大，输出电压能线性反映电容量的变化。,2. 差动桥,（1）初态时：两传感器电容C1=C2=C0， C1= C2= C=0，,（1）初态时：两传感器电容C1=C2=C，此时电桥空载输出，即电桥处于平衡状态。,（2）工作时 ：,工作时传感器两电容值发生等值反向变化，电桥失去平衡；且电容变化量C越大，不平衡电桥输出电压Uo也越大，两者亦呈线性关系。,电桥电路特点：,1. 接高频正弦电源； 2. 输出阻抗高（一般可达几兆欧到几十兆欧），输出电压低，必须在输出端后接高输入阻抗、高电压放大倍数的集成运算放大器。,第二节 转换（测量）电路,二、运算放大器测量电路,二、运算放大器测量电路
5、,C0为固定电容，Cx为传感器电容，R1和R2为平衡电阻，Rw为调零电位器,解得,三、差动脉冲调宽电路,基本RS触发器,S R Q n+1 0 0 不定 0 1 1 1 0 0 1 1 不变,三、差动脉冲调宽电路,三、差动脉冲调宽电路,设,若,（1）变d型,对于变d型差动电容传感器，传感电容的大小与极间距离d成反比，此时差动输出电压平均值可改写为 即对应于C1=C+C，C2=CC，此时d1=dd，d2=d+d。,（2）变S型,对于变S型差动电容传感器，传感电容的大小与极板的有效面积S成正比，即对应于C1=C+C，C2=CC时，S1=S+S，S2=SS，此时差动输出电压平均值可改写为,第三节 电
6、容式传感器的误差分析,一、温度影响,1. 温度对结构尺寸的影响 温度主要影响传感器的结构尺寸。当温度上升时，电容器极板的面积将增大，极板的厚度增加导致极间距离减小，使电容量增加。 补偿措施： 选择温度系数小的金属材料作电容器极板；采用差动结构。,2、温度对介质介电常数的影响,电容器极板间的介值应选择介电常数较稳定的材料，如云母。,二、电容电场的边缘效应,补偿措施：增加电容器极板面积、减小极间距离、加装等电位环等。,三、寄生与分布电容的影响,补偿措施： 缩短传感器到测量电路前置级的距离； 驱动电缆法； 整体屏蔽法,第四节 电容式传感器的应用,一、电容式差压变送器,二、电容式测微仪,三、电容式液位
7、计,电容式液位计探头结构图,作业题：,1.若有一单组式变面积型平板型线位移电容传感器，两极板相互覆盖宽度为4mm，两极板的间隙为0.5mm，极板间介质为空气，试求其静态灵敏度？若极板相对移动2mm，求电容变化量？ 2.对变极距式电容传感元件，若初始极板间距为0=1mm，当电容C的线性度规定为： (1)0.1%；（2）1%； （3）2%时 求允许的极距最大变化量max。 3.简述差动脉冲调宽电路的优点，并推导变面积型差动电容传感器的输出电压。,妈妈新开了个淘宝店，欢迎前来捧场 妈妈的淘宝点开了快半年了，主要卖的是毛绒玩具、坐垫、抱枕之类的，但生意一直不是很好，感觉妈妈还是很用心的，花了不少功夫，但是就是没有人气，所以我也来出自己的一份力，帮忙宣传一下。 并且妈妈总是去五亭龙挑最好的玩具整理、发货，质量绝对有保证。 另外我家就在扬州五亭龙玩具城旁边，货源丰富，质量可靠，价格便宜。 欢迎大家来逛逛【扬州五亭龙玩具总动员】,个人小广告：,武汉理工大学自动化学院,再见！,
