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第二篇常用傳感器的原理及應(yīng)用 1 掌握傳感器工作原理及特性2 掌握測(cè)量電路3 了解傳感器的應(yīng)用 第7章電容式傳感器 7 1工作原理及特性 工作原理 將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電容量變化 兩平行極板組成的電容器 其電容量為 A或 發(fā)生變化時(shí) 都會(huì)引起電容的變化 1 極距 變化型 靈敏度 靈敏度s與極距的平方成反比 極距越小 靈敏度越高 但極距減小受電容極板間擊穿電壓的限制 一般 0 0 1 1mm左右 電容量C與極距 呈非線性關(guān)系 為了減小非線性誤差 通常極距變化范圍 0 0 01 0 1 此類電容傳感器僅適于微小位移的測(cè)量 0 01 m 數(shù)百微米 非接觸測(cè)量 工作特性 實(shí)際應(yīng)用中 為了提高傳感器的靈敏度 增大線性工作范圍和克服外界條件 如電源電壓 環(huán)境溫度等 的變化對(duì)測(cè)量精度的影響 常常采用差動(dòng)型電容式傳感器 2 面積變化型 常用的有角位移型和線位移型兩種 由于平板型傳感器的可動(dòng)極板稍有極距方向移動(dòng)會(huì)影響測(cè)量精度 因此 一般情況下 變面積型電容式傳感器常做成圓柱形 當(dāng)覆蓋長(zhǎng)度x變化時(shí) 電容量變化 其靈敏度為 圓筒形電容器的電容為 面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系 但與極板變化型相比 靈敏度較低 適用于較大角位移及直線位移的測(cè)量 圖中 厚度為 2的介質(zhì) 2為其介電常數(shù) 在電容器中左右運(yùn)動(dòng) 由于電容器中介質(zhì)的介電常數(shù)改變 電容量改變 設(shè)電容器極板寬度為b 介質(zhì) 2的寬度大于等于b 當(dāng)極板間無(wú)介質(zhì) 2時(shí) 3 介電常數(shù)變化型 存在介質(zhì)時(shí) C CA CB 并聯(lián) 其中 1 2 從而 靈敏度 常用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度 位移 液位 還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度 濕度 容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度 濕度 容量等 目前較常采用的有電橋電路 諧振電路 調(diào)頻電路 運(yùn)算放大電路 差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路等 7 2測(cè)量電路 1 電橋電路 2 諧振電路 電容傳感器的電容Cx作為諧振回路 L2 C2 Cx 調(diào)諧電容的一部分 諧振回路通過電感耦合 從穩(wěn)定的高頻振蕩器取得振蕩電壓 當(dāng)傳感器電容發(fā)生變化時(shí) 使得諧振回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化 被轉(zhuǎn)換為電壓或電流 再經(jīng)過放大 檢波即可得到相應(yīng)的輸出 3 調(diào)頻電路 4 運(yùn)算放大器電路 輸出電壓與間隙成線性關(guān)系 5 脈沖寬度調(diào)制電路 直流輸出電壓與輸入 間隙變化 成線性關(guān)系 7 3電容式傳感器的應(yīng)用 電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn) 輸入能量小而靈敏度高 精度高達(dá)0 01 3 動(dòng)態(tài)特性好 適合測(cè)量動(dòng)態(tài)參數(shù) 4 能量損耗小 5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 環(huán)境適應(yīng)性好 高溫 輻射等 缺點(diǎn) 電纜分布電容影響大 集成電路 雙屏蔽傳輸電纜等 降低分布電容的影響 電容式傳感器廣泛應(yīng)用在位移 壓力 流量 液位等測(cè)試中 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 電容量發(fā)生周期性變化 通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào) 則頻率計(jì)顯示的頻率代表轉(zhuǎn)速大小 設(shè)齒數(shù)為z 頻率為f 則轉(zhuǎn)速為 電容式傳聲器 陶瓷電容壓力傳感器 液體壓力作用在陶瓷膜片的表面 使膜片產(chǎn)生位移 電容式液位傳感器 液位計(jì) 料位計(jì) 電容式接近開關(guān) 本章小結(jié) 1 工作原理及特性2 測(cè)量電路3 傳感器的應(yīng)用 習(xí)題與思考題 P152 2 3