第5章胡向东传感器与检测技术PPT

1、第5章电容式传感器主要内容 5.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理5.2 变极距型电容式传感器的非线性变极距型电容式传感器的非线性5.3 电容式传感器的等效电路电容式传感器的等效电路5.4 电容式传感器的信号调节电路电容式传感器的信号调节电路5.5 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 n电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。n广泛用于位移、振动、角度、加速度以及压力、差压、液面（料位）、成份含量等方面的测量。n特点：n结构简单、体积小、分辨率高；n可实现非接触式测量；n动态响应好；n能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作；n电容量小，功率小，输

2、出阻抗高，负载能力差，易受外界干扰产生不稳定现象。5.1电容式传感器的工作原理0rAACdd n在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过测量电路转换为电量输出。n电容式传感器可分为三种：n变极板间距离的变极距型n改变极板面积的变面积型n改变介质介电常数的变介质型 电容式传感器的结构5.1.1 变面积型电容式传感器n电容改变量与水平位移成线性关系 dbxaCCCr/)(0002()2(1)1lnlnlxlx lCCx lRRrr0CxCln电容改变量与角位移呈线性关系 0(1)AA0000001(1)rCACCCd 00CCCC5.1.2

3、 变极距型电容式传感器000rACd 000002000111rdCdACCCCdddddd n简化：n近似直线关系 00000(1)CddCCCdd00ddCC击穿问题n一般极板间距在25200um范围内，而最大位移应小于间距的十分之一，因此这种电容式传感器主要用于微位移测量。 00000ggggC CACddCC 5.1.3 变介质型电容式传感器n电容增量与被测液位的高度成线性关系 002lnHCDd00100111202()222(1)2(1)lnlnlnlnlnHhhHhhCCCCDDDDDddddd 102(1)lnhCCCDd变极距型电容式传感器的非线性n单位输入位移所引起的输出电

4、容量变化与成反比关系 00011CddCdd23000001CddddCdddd00CdCd001C CKdd0d非线性误差n非线性误差：2000001CddddCdddd%100%1000020dddddd差动结构10011CCdd20011CCdd30200011ddddddCC30200021ddddddCC 50300021222ddddddCCCC2460000021CddddCdddd002CdCd%100%1002220030dddddd002C CKdd差动的好处n灵敏度得到一倍的改善n线性度得到改善002CdCd 001CdCd 0100%dd20100%dd5.2电容式传感

5、器的测量电路n5.2.1 调频电路012012()fL CCC0012012()fffL CCCC5.2.2 变压器式交流电桥变压器式交流电桥22101212ZZZZZ2ZZ2UUUU120122CCUUCC5.2.3 运算放大器n对平板电容器：n输出电压与输入位移间存在线性关系 00000011iCUZIIjIjwCwC 011xCxxxxxUZIIjIjwCwC 00 xII00ixCUUC 00id CUUA 5.2.4 二极管双T型交流电桥n当传感器没有输入时，当传感器没有输入时， C1C2n一个周期内流过负载的平均电流为0n当传感器有输入时，C1！C20122(2)()()LLLR RRURE fCCRR5.2.5 脉冲宽度调制电路n变极距型：n变面积型：n差动脉冲宽度调制电路适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性。12012)ABDCmCCuuuCC(00mduud 00mAuuA 5.3 电容式传感器的应用n5.3.1 电容式压力传感器LHHL