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1、word目录摘要2一、 设计要求3二、EW敢件的使用3三、 相关器件介绍与灵敏度3四、 电容式传感器的工作原理与结构形式-5五、电路原理分析6六、 测量结果11七、 个人工作11八、课程设计心得11-#-/11word摘要传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的与规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组 成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量输入量的局部；转换元件 是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的 局部。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精细测量而
2、s且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。 根据C 亠3可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电 容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。电容式传感器的特点：1小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；2小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；3本身发热影响小4可进展非接触测量。纸 X厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精细测量，它可以实现简单的厚度
3、测量，根据 电容电路的特性分析可以知道所测纸X的厚度。关键字：电容传感器敏感元件高阻抗纸X厚度测量-# - / 11一、设计要求利用变介电常数电容传感器为根本的控制核心，实现简单的纸X厚度的测量的功能。二、EWBK件的使用Electronics Work bench（简称EWB），中文又称电子工程师仿真工作室。使用步骤： 放置器件，并调整其位置和方向设置器件属性连接电路观察实验现象，保存电路与仿真结果三、相关器件介绍所需元件清单：1信号发生器5V交流电源，频率100HZ2 丨仪用放大器AD620 个3 1.5PF电容一个5 丨电压表一个0-10V6 丨开关一个7 A4纸假如干X信号发生器：信号
4、发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。利用信号发生器可以后的测量电路所需要的100HZ、5V的电压。运算放大器：可以对电信号进展运算，一般具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。利用放大器可以对电信号进展放大。自制电容参数2极板面积9 cm，极板间距近似a=8.85mm网上查询资料得纸X的相对介电常数r =24，本说明中取居中N4N/1-J-J（N4訂N肓）式中：n4a-d），为灵敏度因子和非显性因子。dr=3，纸X厚度d=0.075mm，自制电容如如下图所示。灵敏度：传感器的灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输入的变化量之比 即为其
5、静态灵敏度，灵敏度表达式yK x对于线性传感器，其灵敏度为常数，也就是传感器特性曲线的斜率。对于非线性传感器, 灵敏度是变量，其表达式为K鱼dx一般要求传感器的灵敏度较高并在满量程内是常数为佳，这就要求传感器的输出输入特 性为直线线性。自制电容的相对变化量：1-J1 ML）四、电容式传感器的工作原理与结构形式电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测物理量的变化转换为物理量的变化。因此电容式传感器的根本工作原理可以用图1-1所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为电极板介质电极板平板电容器1-1式中：S极板面积；-12 -110 Fm极板间距离；
6、0 真空介电常数,r相对介电常数；电容极板间介质的介电常数。当极板面积 S、极板间间距 保持不变，而插入相对介电常数为r的介质，此时构成的电容传感器为变介电常数电容传感器，保持介电常数不变而改变介质的厚度，如如下图所示。oSa-d g1-2丄根械0d纸张ri页|1a01令式中:S 测量电容的极板面积；a测量电容的极板间距离；d 插入电容的测量纸 X的厚度；o 真空介电常数，o 10-12Fm-1 ；纸X的相对介电常数;C0根据放大器原理可以得出 E?C0 U?Cx即UCxCC ? e1U0?E 0 a ( 1)d即输出电压与纸 X的厚度成线性比例关系。x0Sr因为输入电压为交流电源，输出电压为
7、交流电压的有效值，如此根据以上公式带入测量 参数得电容极板间没有放入纸可以得到电容x0oSa1248.85 109 100.9PF8.85 10此时电压表输出电压为1 5U00?E5V 8.3333V 如图Cx0.9【邮呵 1严吒F当极板间放入一 X纸时，此时的电容为Cx1S1 a (1)?dr8.85 10 12 9 10 48.85 (1 1) 0.075 1038.85 9 10 138.85 0.075 230.905PF输出电压为C1 5U1- E5V 8.2873V 如图Cx1 0.905相对于没有放纸时的电压变化U1 U1 -U08.2873-8.3333 -0.046V-46m
8、V当极板间放入2X纸时，电容大小变为 Cx2 0.9103PF1 5此时的输出电压为 U258.2391V 如图0.9103相对于放一 X纸时的电压变化U2 U2-U18.2391-8.2873 -0.048V-48mV假如放入电容极板间的纸 X的数目未知，设为 NX 如此电路的输出电压为Ux C0?ECxa (丄 1)d?N0Sr138.85 (- 1) 0.075N 101.5 53 乜4V8.85 109 107.58.85 0.05N V13 V8.85 9 10132553125(V)30.047N 8.3333V)此时相对没有放入纸 x时的变化电压为wordU Ux U00.047
9、N 8.3333 8.3333 0.047N47NmV所以插入A4纸的X数为UN 47mV因为电压表显示的是电路的有效电压值，所以输出电压是稳定的，在此绘制输出电压与插入纸X的线性特性曲线图。18. 3333Ux=-0. 047N+8. 3333150/测量的纸的张数-# - / 11-10由于输出电压与纸 X的厚度成线性比例关系，所以其灵敏度为常数，也就是输出电压的 特性曲线的斜率，即灵敏度为 K255310.047V / 张误差分析：由于没有进展实际电路操作，故没有方法进展误差分析。消除误差的方法有231、消除和减少边缘效应设计带保护环的电容传感器；、提高设计结构的绝缘性能；、消除和减少寄
10、生电容的影响 增加传感器的原始电容值; 集成化； 运算放大器法；S4J6程动电缆法原毋示童 采用“驱动电缆技术。團4/15运算放大器法原理示竜六、测量结果根据上述先行表达式，绘制如下一一对应表格确岀电压匕加S.33333.2873S. 2393S.19233. 0983S.O5L3纸的张數D1234E67,七、个人工作本次课程设计，前两天我一边查询有关关于课题方面的资料，一边学习EWB软件的使用，之后我用 EWB软件仿真模拟了调频测量电路、交流电桥测量电路、运算放大器式 测量电路二极管双 T型交流电桥，由于我个人能力有限，在调试测量电路时，发现输出 的电压有很大区别，综合各方面的考虑，最终选择了简单方便的运算放大器测量电路。 确定好电路之后，我开始对电路参数进展调试，并运用课本知识计算自制电容大小，什 么样的、多大的电容适宜。做好电容之后，开始分析电路，得出处理方法和结果，最后 撰写课程设计说明书。八、课程设计心得课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，经过两周的课程设计，锻炼了 我运用课本根底理论根底与解决实际问题相结合的能力，锻炼了我的动手操作能力，使 我对课本的根底知识有了更深一步的了解，也使我熟悉了 EWB件和mathtype软件的使用，使我以后可以利用此软件模拟课本自己不懂的电路，为以后的学习打下了根底。
