变面积式差动电容传感器.ppt

模块三传感器原理及检测实训 变面积式差动电容传感器浙江经济职业技术学院徐文 3 2电容式传感器 电感式传感器是以电容器作为传感元件 将被测量的变化转换为电容量的变化的一种传感器 返回首页 分类 3 2电容式传感器 返回首页 3 2 1基本原理与结构类型3 2 2输入 输出特性3 2 3等效电路分析3 2 4接口电路3 2 5变面积式差动圆柱型电容传感器实训 3 2电容式传感器 返回首页 3 2 1基本原理与结构类型 典型的电容式传感器中的电容通常做成平行平面形或平行曲面形 以平板电容器为例 原理图如下 若忽略其边缘效应 其电容量C为 平板电容器原理 d A或 发生变化时 都会引起电容的变化 返回首页 3 2 1基本原理与结构类型 多层介质 A 极板覆盖面积 单层介质 平行平面电容 返回首页 改变极板面积的变面积式 改变极板距离的变间隙式 改变介电常数的变介电常数式 3 2 1基本原理与结构类型 当时 L 覆盖长度 平行曲面形 同轴圆筒形 电容 返回首页 3 2 2输入 输出特性 1 变极距型 图3 2 1变极距型电容传感器 返回首页 3 2 2输入 输出特性 1 单一式图3 2 1 a 初始时 动极板上移 2 差动式图3 2 1 b 返回首页 3 2 2输入 输出特性 图3 2 2线位移式变面积型结构 2 变面积型 1 线位移式 初始时 移动 l后 返回首页 3 2 2输入 输出特性 筒状线位移变面积型 返回首页 3 2 2输入 输出特性 图3 2 3变面积型差动式结构 2 角位移式 差动结构 返回首页 3 2 2输入 输出特性 扇形结构初始时 转动后 所以 柱面形结构图3 2 3 b 公式同上 返回首页 3 2 2输入 输出特性 图3 2 4线位移式变介质型差动结构 3 变介质型 差动式 返回首页 3 2 2输入 输出特性 初始时 介质 块右移时 所以 同理 故 返回首页 3 2 3等效电路分析 1 等效电路RP 并联损耗电阻Rs 串联电阻L 引线电感RP代表极板间的泄漏电阻和极板间的介质损耗 Rs代表引线电阻L是电容器本身的电感和外部引线电感 图3 2 5电容传感器的等效电路 返回首页 3 2 3等效电路分析 2 引线电感的影响等效电容 两边同乘所以 实际相对变量为 返回首页 3 2 4接口电路 1 比例运算电路 图4 2 6比例运算法测量电路 a 恒电流激励电路 b 恒电压激励电路 c 恒电压激励差动电路 1 返回首页 3 2 4接口电路 1 恒电流激励电路3 2 6 a 应用于单一变极距式电容传感器 2 恒电压激励电路3 2 6 b 应用于变面积式和变介质式电容传感器 3 恒电压激励差动电路3 2 6 c 应用于变面积差动式电容传感器 返回首页 3 2 4接口电路 2 交流电桥 1 电阻平衡臂电桥图3 2 7 a 2 变压器电桥图3 2 7 b 开路 ZL 时 输出电压都为 Z1和Z2若为两个电容传感器 则 应用于变极距差动式电容传感器 返回首页 3 2 4接口电路 图3 2 7两种交流电桥 a 电阻平衡臂交流电桥 b 变压器电桥 返回首页 3 2 4接口电路 图3 2 8二极管环形电桥 3 二极管环形电桥流经电流表M的瞬时电流的平均值为 返回首页 3 2 4接口电路 4 差动脉冲调宽电路 1 RC电路的微分方程 返回首页 3 2 4接口电路 2 差动电容脉冲调宽电路的工作过程图3 2 9中 C1和C2为差动电容传感器的两个电容 双稳态触发器两端分别输出高电平UOH和低电平0 当Q端从0跳变到UOH端 从UOH跳变到0时 C2通过D2迅速放电到0 UOH通过R1对C1充电 在C1充电达到UR时 比较器发生跳变 使触发器翻转 于是C2开始通过R2充电 而C1则通过D1放电 重复上面的同一过程 这样Q端和端就形成了宽度分别为T1和T2的方波 返回首页 3 2 4接口电路 图3 2 9差动脉冲调宽电路 图3 2 10脉冲宽度波形 返回首页 3 2 4接口电路 图3 2 10为几个主要点的波形图 由图可见在Q端和端的输出 是幅值为UOH而宽度分别为T1和T2的方波 方波基波频率f0为 Q端与端间的差模电压经低通滤波后 输出电压为 取R1 R2 将T1 T2式代入上式得 将式代入上式得 返回首页 3 2 4接口电路 为了使输出电压Uo为方波电压UAB的平均值 必须滤去方波基波及其谐波只保留其直流分量 为此 要求fhfx 为同时满足这两方面的要求 一般选取 3