传感器课程设计电容传感器.docVIP

燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题目： 电容式纸张厚度传感器的设计 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 09级仪表一班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 童凯 教师职称： 副教授 燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）： 基层教学单位： 学 号 090103020014 学生姓名 陈志浦 专业（班级） 09仪表一班 设计题目 电容式纸张厚度传感器的设计 设 计 技 术 参 数 1测量范围0-2mm； 2输出电压0-10V； 3极板间距4mm； 4灵敏度； 5精度。 设 计 要 求 1学习掌握电容传感器的相关知识； 2设计电容厚度传感器的极板； 3设计电容传感器的转换电路； 4电容厚度传感器的硬件调试； 5撰写报告、完成答辩。 工 作 量 第18-19周（完成资料查阅、方案设计、电路仿真、硬件调试、测试及误差分析等内容） 工 作 计 划 设计时间共10天。 第1-2天 资料查阅（图书馆及网络）；理论工作原理学习。 第3-4天 设计方案制定。 第5-6天 电路仿真，各器件选型。 第7-8天 传感器硬件调试。 第9-10天 撰写报告，完成答辩。 参 考 资 料 张玉龙等。传感器电路设计手册。中国计量出版社。1989年 指导教师签字 基层教学单位主任签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 年 月 日 燕山大学课程设计评审意见表 指导教师评语： 成绩： 指导教师： 2011年 6月 25 日 答辩小组评语： 成绩： 评阅人： 2011年 6月 25 日 课程设计总成绩： 答辩小组成员签字： 赵彦涛、程淑红、林洪斌 2011年 6月 25 日 摘要 第一章 绪论。介绍测厚传感器检测技术的发展概况及本课题研究的背景、目的和研究的主要内容。 第二章 电容传感器的结构设计。从电容传感器的基本工作原理出发，分析其用于测厚方面的优缺点，并结合有限元分析软件及电容精确计算公式对传 感器的边缘效应做深入研究，对传感器的结构进行优化设计，研制出具 有新型结构的电容传感器。 第三章 基于电容传感器的测厚系统电路设计。对测厚系统的整体设计方案做详细阐述，分析电容传感器的等效电路，估算出合适的工作频率范围，并对检测电路的各组成部分分别进行说明和设计。 第四章 虚拟仪器技术在电容测厚系统中的应用。根据虚拟仪器技术的应用及特点，选用LABVIEW 作为开发平台，在相应的硬件基础之上，完成数据采集，虚拟仪器面板开发及用户应用程序的创建。 第五章 实验与结果分析。通过样机空载及云母纸测厚实验，得到样机各项性能指标，并对测量误差进行分析。 第六章 全文总结及展望。对虚拟电容测厚系统的研制工作进行总结，针对不足提出一些设想。 2 电容传感器的结构设计 2.1 电容传感器的工作原理及类型 电容传感器是将被测非电量的变化转换成电容量变化的一种传感器。实际上，它本身（或和被测物）就是一个具有可变参数的电容器。在大多数场合，电容器由两平行极板以及中间的电介质组成，当不考虑边缘效应时，其电容量为 （2-1） 式中，C：两极板间的电容（F）； ：真空介电常数，为8.854×10-12（F/m），空气的介电常数与真空近似； ：极板之间介质的相对介电常数； s：极板的有效面积（m2）； d：两极板间距（m）。 当被测量的变化能使式中d，S 或 发生变化时，电容量C 也就随之改变，再通过一定的测量电路将其转化为电压、电流或频率等电信号输出，即可根据输出的电信号判定被测物理量的大小，这也是电容传感器的基本工作原理。 实际应用中，常使d、S、 中的两个参数保持不变，而改变其中一个来使电容发生变化。于是，电容传感器根据参数变化的不同，分为三种基本类型，即改变极距型，改变面积型和改变介质型。 1．改变极距型电容传感器 改变极距型电容传感器适用于测量微小的线位移，图2-1 为这种类型的结构原理图。当可动极板随被测量变化而上下移动时，两极板间距变化，从而改变了电容量。若间距减小Δd，则电容增量为 电容相对增量为 可见，输出电容的相对变化与输入位移变化是非线性关系。为了减小非线性，提高灵敏度，一般采用差动式结构。