第 五 章 电容式传感器ppt课件.ppt

《第 五 章 电容式传感器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章电容式传感器§5.1工作原理§5.2主要特性§5.3测量电路§5.4电容式传感器的结构、结构稳定性及抗干扰问题上页下页返回§5·1工作原理、分类及应用一、工作原理ε：介质介电常数s：极板面积δ：极板间距离εδs二、分类按工作原理分类：变间隙电容传感器变面积电容传感器变介电常数电容传感器按结构分类平板式圆柱、圆筒式差动式单体式三、应用测液位测物位测微位移测压力、力、加速度§5·2主要特性一、特性曲线、灵敏度、非线性1、变间隙式：εδs定极板动极板ε：极板间介质介电常数ε0：真空介电常数εr:：极板间介质相对介电常数δ：极板间距离s：极板面积δCδC△C△δ非线性分析：

2、△δ△C/C½△δmym线性近似δm用端基法求线性度：实际特性与理论特性之间的非线性误差（与端基直线间的误差）：因此：δ0↓→κ↑当δ0一定，△δm↓→ef↓差动结构改善非线性：差动结构差动结构分析灵敏度提高一倍非线性减小2、变面积式baδ△x灵敏度为一常数，输出特性是线性的。b↑、δ↓→k↑适合于测量较大的直线位移和角位移。3、变介电常数式ε1：液体介质的介电常数（F/m)ε0:空气的介电常数；h:电极板的总长度；R1：内电极板的外径；R2：外电极板的内径；电容式液位计：另一种变介电常数的电容式传感器：d不变，ε改变，如：测湿度ε不变，d改变，如：测厚度、测径dε0εr

3、s气隙δ电场边缘效应防护环二、等效电路低频情况：RpCRp：低频时的直流漏电阻。高频情况：RpRCLCRC：高频时的串联损耗电阻。L：电容器及引线电感。高频情况下：趋肤效应使RC↑电容器及引线电感L需考虑。所以，改变电源频率、更换电缆，必须重新标定。传感器有效电容：三、高阻抗、小功率C小，约npf容抗大，几十兆欧～几百兆欧视在功率小：mw级△C极小易受干扰、寄生电容影响。信号需放大四、静电吸力电场力所做的功与电场能量W的增加相等。对平板电容器：静电吸力很小（mg量级），可忽略。§5·3测量电路一、交流不平衡电桥C1C2R3R4UC1C2C3C4U二、变压器电桥放大器相敏解

4、调滤波器UsrUscE1E2C1C2输出等效电路图：E1E2C1C2I1I2IfZf说明：⑴Z→∞时，U=f(△δ），成线性关系⑵USC与USr有关，所以必须交流稳压。⑶需要放大、解调、滤波。自动平衡电桥放大器电动机减速器CxC0EE1E2URR1Uscθh工作过程无油时，起始电容Cx=Cx0，若使Cx0=C0，此时输出为零，指针指零，电桥无输出，系统处于平衡状态,E1Cx0=E2C0油量变化时，Cx=Cx0+△Cx△Cx=k1·h电桥不平衡→输出U放大→两相电极转动→减速→指针指示→电位器电刷转动→改变E→电桥恢复平衡→输出电压为零、电极停止转动、指针停在某角度上。所以

5、，指针转角与h成线性关系二、二极管式线路D2USCCD2R1R2D1ERf三、差动脉冲宽度调制线路R双稳Q态触S发器QA1A2USCUC1C2D1R1R2D2ABMNUAU10tUBU10tUABU10tUAU10tUBU10tUABU10tUMUf0tT1UNUf0tT2UMUf0tT1UNUf0tT2时序图设R1=R=R2，得：无论是变间隙、变面积电容传感器都能线性输出。不需要解调。要求交流稳压（精度较高的电源），但对稳定性无要求。由于低通滤波的作用，对输出矩形波的纯度要求不高。说明：四、运放式线路KCxC0UUSCIXI0按理想运算放大器的条件：从原理上解决了单电容

6、变间隙传感器的非线性问题。实际上，Zi≠∞，K≠∞，所以，存在一定非线性，Zi、K很大，非线性很小。USC与C0、U有关，所以需要高精度交流稳压源、高质量电容C特别适合于结构上不能用差动电容传感器的场合。§4、电容式传感器的结构、结构稳定性及抗干扰问题一、结构实例-差动电容式压差传感器P1P2abc超高压、小压差（过栽保护能力强）P=p-p=100Mpa-99Mpa=2Mpa-1Mpa采用球面电极，改善性能工艺要求高：张紧膜片与壳体的焊接困难说明：二、电容式传感器结构稳定性问题1、温度变化对结构稳定性的影响δ0b0g0a0δ0:极板间隙；g0:固定极板厚；b0:绝缘件厚温

7、度误差与零件的尺寸、热膨胀系数有关应减少尺寸链的组成环节选用小、几何尺寸稳定的材料如：石英、陶瓷、玻璃、镍铁合金等。其中尤以绝缘套材料为最重要。说明：2、温度变化对介质介电常数的影响同心圆柱式传感器，液面高度H：用双筒型测量传感器进行补偿。补偿传感器C，保持在油中，不感受高度的变化并联，输出U相反，补偿CxC0RRUC1C2RRUKUSC1USC2三、绝缘问题选择优质绝缘材料装配前严格清洗。传感器壳体密封，防止随水汽进入。采用较高评论频率的电源供电，以降低内阻抗，相应降低对绝缘电阻的要求.R漏电阻C四、寄生电容的干扰及防止寄生