《传感器技术与应用-高职计算机-98085-任务3.3电容式位移传感器的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器技术与应用-高职计算机-98085-任务3.3电容式位移传感器的设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、任务3.3 电容式位移传感器的设计,3.3.1电容式传感器的外形,3.3.2电容式传感器的工作原理 1.变极距型电容式传感器,变极距型电容式传感器输出特性曲线如图3-38。在实际应用中，为了改善非线性，提高灵敏度和减少外界因素（如电源电压、环境温度等）的影响，电容式传感器常做成差动形式。,电容式传感器做成差动式结构后，灵敏度比单极距电容传感器提高了一倍，非线性误差大大降低了。与此同时，差动式电容传感器还能减小静电引力给测量带来的影响，并有效改善由于环境影响所造成的误差。,2.变面积型电容式传感器 （1）用于线位移测量的电容式传感器,（2）圆柱形电容式传感器 如图3-39(b)，变面积型电容传感
2、器中，平板形结构对极距变化特别敏感，测量精度受到影响,而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，成为实际中最常采用的结构。其电容计算式为：,（3）用于角位移测量的电容式传感器 如图3-39(c)，当动片有一角位移 时，两极板间的覆盖面积就改变，从而改变了电容量。当转动角时，,3.变介电常数型电容式传感器 被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化，主要用来测量两极板之间的介质的某些参数的变化，如介质厚度、介质湿度、液位等。,3.3.3电容式传感器的测量电路 电容式传感器中电容值以及电容变化值都十分微小，这样微小的电容量还不能直接为目前的显示仪表所显示，也很难为记录仪所接受，不便于传输。 1.电桥电
3、路 （1）单臂电桥,（2）变压器电桥,2.脉冲宽度调制电路,3.调频电路 如图3-44，将电容式传感器接入振荡器的振谐回路中，LC作为回路的一部分，当被测量使电容发生变化时，就使振荡频率产生相应变化。由于振荡器的频率受电容式传感器的电容调制，故称调频电路。 调频振荡器的振荡频率为,4.运算放大器,3.3.4电容式位移传感器的设计 1.任务分析 图3-46为电容式位移传感器系统框图，正弦激励信号作用于转换电桥上，当差动电容中间的动片产生位移时，电桥失去平衡，输出一个电压信号，经过放大、整流和滤波电路将其直流分量提取出来，该直流分量与差动电容动片位移量成正比关系。,2.电容式位移传感器电路设计 （
4、1）转换电桥 转换电桥采用变压器电桥如图3-42所示，通过电桥可以将位移变化量线性地转换为电压变化量。 （2）放大电路 转换电桥输出的信号非常小（仅有几mv至几百mv），因此需采用具有高输入阻抗的前置放大电路进行放大。这里采用直接耦合方式的两极运算放大电路。,3.3.5 电容式传感器的应用 1.电容式接近开关 电容式接近开关的测量头是构成电容器的一个极板，而另外一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量中通常是接地或与设备连接。当物体移向接近开关时，无论是否为导体，由于它的接近会使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，从而使得和测量头相连的电路状态也发生变化，由此可控制开关的通与断。电容式接
5、近开关所检测的物体并不限于金属导体，也可是绝缘的塑料、玻璃、液体或其它任何材质的物体。图3-48为电容式接近开关实物。,图3-49为电容开关在工程中的一个应用。要求对某个工件进行加工，工件用夹具固定在移动工作台上，工作台由一个主电机拖动，作来回往复运动，刀具作旋转运动。现用两个电容开关来决定工作台何时换向。当“A”号传感器有输出信号时，使主电机停止反转，同时，接通其正转电路，从而使工作台向右运动；当“B” 号传感器有输出信号时，使主电机停止正转，同时，接通其反转电路，从而使工作台向左运动。这样，就实现了工作台的行程限位。,2.电容式油量表 电容式油量表是利用电容传感器把油箱油面高度转换为电容，再利用自动平衡电桥测量此电容以表示相应的油量。,3.电容式加速度传感器 电容式加速度传感器的结构如图3-51，当传感器壳体随被测对象沿垂直方向作直线加速运动时， 质量块在惯性空间中相对静止，两个固定电极将相对于质量块在垂直方向产生大小正比于被测加速度的位移。,
