电气测试技术第三章电容式传感器.

广东机电职业技术学院第三章电容式传感器变换原理:将被测量转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:dsdsCr0+++dsd、s或εr发生变化时，都会引起电容的变化。第一节工作原理及特性广东机电职业技术学院电容式传感器广东机电职业技术学院a)变面积型dsC角位移型+++电容式传感器广东机电职业技术学院平面线位移型电容式传感器dsC广东机电职业技术学院柱面线位移型.)/ln(20dDlrC广东机电职业技术学院电容式传感器b)变间隙型+++dsrC0+++广东机电职业技术学院驻极体电容传声器它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。电容式传感器广东机电职业技术学院动圈式传感器线速度型广东机电职业技术学院电容式传感器dsCd201201dsdck则灵敏度系数CC1C2Od1d2CC1C2Od1d2dk不是常数,且与d成反比。极距越小灵敏度越高，但非线性误差会越大。实际应用中为提高灵敏度和扩大线性范围，多采用差动式电容传感器。20问题：△d是越小好还是大好呢？广东机电职业技术学院差动结构........])()(1[111302000000001ddddddCddcdddsddsC........])()(1[111302000000002ddddddCddcdddsddsC.......])()(1[240200021ddddddCCCC电容式传感器广东机电职业技术学院忽略高次项得002ddCC则灵敏度系数200022dsdCdCk结论：①差动结构可使传感器灵敏度提高一倍。②减小了非线性误差。③能够更好地克服温度等外界共模信号干扰。广东机电职业技术学院c)变介电常数型电容式传感器dsrC0广东机电职业技术学院DdHh1电容式液面计结构原理图广东机电职业技术学院产品.电容式液位传感器（液位计/料位计）电容式传感器广东机电职业技术学院电容式传感器第二节测量电路a)交流电桥电路一、调幅型测量电路单臂电桥输出电压U0与电容△C之间是非线性的。差动接法电容式传感器测量电路电压或频率信号输出电压U0与电容△C之间成线性关系。广东机电职业技术学院b)运算放大器电路电容式传感器电路特点：使输出电压U0与电容传感器两级间的间距成正比。广东机电职业技术学院二、脉宽调制型测量电路图3.2.3差动脉冲宽度调制电路双稳态触发器+-+-C1C2R2R1+-N1N2N3V1V2RSurPMNBQQA－U0UFQQAB广东机电职业技术学院基础知识回顾：1、单门限比较器工作原理2、RS触发器工作原理工作原理：通过利用传感器电容充放电，使电路输出脉冲的占空比随电容传感器的电容量变化而变化。广东机电职业技术学院LCfπ210电容式传感器三、调频型测量电路鉴频器限幅放大器振荡器CxLCx电容传感器fufu广东机电职业技术学院第三节实际中存在的问题一、温度对结构尺寸的影响由于构成传感器的材料不同，所以线膨胀系数不同。温度t变化C的几何形状变化电容量变化C=C0+△CP+△Ct传感器的初始电容量被测信号作用下电容量的增量环境温度变化产生附加的电容增量△Ct决定传感器温度误差的大小。广东机电职业技术学院二、电容电场的边缘效应相当于传感器并联了一个附加电容，引起传感器灵敏度降低和非线性增加。克服边缘效应的方法增加初始电容量C0增大面积减小间距加装等位环广东机电职业技术学院三、寄生电容的影响1、除极板与极板间存在电容外，极板与周围物体也产生电容－寄生电容。2、寄生电容的存在对传感器的影响使传感器的电容量发生改变导致传感器特性不稳定，并产生干扰3、克服寄生电容：静电屏蔽广东机电职业技术学院测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.由此便可控制开关的接通和关断;接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。电容式传感器的应用举例第三节广东机电职业技术学院电容式油量表广东机电职业技术学院构成：膜片——动极板，一般采用不锈钢材料制作，需要加预张力。玻璃基片上镀有金属层的球面极板，这里的球面很夸张。球面的作用是压力过大时（过载）保护膜片，并改善系统的非线性。后续测量电路常使用差动脉冲调宽电路。广东机电职业技术学院以差动电容为检测原理组成的电容式差压变送器广东机电职业技术学院Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传感器组成。当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。指纹传感芯片：电容感应原理贝尔实验室广东机电职业技术学院转速测量1—齿轮2—定极3—电容传感器4—频率计2134其它应用：广东机电职业技术学院1、一圆形平板式电容传感器，极板面积为500mm，初始间隙为0.5mm，空气介质，则该传感器灵敏度为多少？当极板间隙减小4um，则电容变化量为多少？2广东机电职业技术学院2、将题1的传感器做成一电容式测微仪，后接测量电路及读数仪表。已知测量电路的灵敏度为50mv/pF,读数仪表的灵敏度为2格/mv,则极板间隙减小4um后，读数仪表变化多少格？