课程设计电容传感器测纸张厚度.doc

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1、燕山大学课程设计说明书目录摘要--------------------------------------2一、设计要求------------------------------3二、EWB软件的使用-------------------------3三、相关器件介绍及灵敏度------------------3四、电容式传感器的工作原理及结构形式-----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-

2、------------------------11共11页第-11-页燕山大学课程设计说明书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及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）的部分；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部分。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密测量而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

3、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）可进行非接触测量。纸张厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测纸张的厚度。关键字：电容传感器敏感元件高阻抗纸张厚度测量共11页第-11-页燕山大学课

4、程设计说明书一、设计要求利用变介电常数电容传感器为基本的控制核心，实现简单的纸张厚度的测量的功能。二、EWB软件的使用ElectronicsWorkbench(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，保存电路及仿真结果三、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100HZ）2）仪用放大器AD620一个3）1.5PF电容一个4）自制0.9PF电容一个5）电压表一个0-10V6）开关一个7）A4纸若干张信号发生器：信号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

5、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：共11页第-11-页燕山大学课程设计说明书可以对电信号进行运算，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行放大。自制电容参数:极板面积9，极板间距近似a=8.85mm，网上查询资料得纸张的相对介电常数=2~4，本说明中取居中=3，纸张厚度d=0.075mm，自制电容如下图所示。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静态灵敏度，灵敏度表达式对于线性传感器，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

6、表达式为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：共11页第-11-页燕山大学课程设计说明书式中：，为灵敏度因子和非显性因子。四、电容式传感器的工作原理及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基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共11页第-11-页燕山大学课程设计说明书（1-1）式中：S——极板面积；——极板间距离；——真空介电常数，=8.85；——相对介电常数；——电容极板间介质的

7、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，如下图所示。（1-2）式中:S——测量电容的极板面积；a——测量电容的极板间距离；d——插入电容的测量纸张的厚度；——真空介电常数，=8.85；共11页第-11-页燕山大学课程设计说明书——纸张的相对介电常数；五、电路原理分析电路原理图根据放大器原理