传感器技术第3章变阻抗式传感器原理与应用.ppt

3.1 自感式传感器 3.1.1 工作原理 3.1.2 变气隙式自感传感器 3.1.3 变面积式自感传感器 3.1.4 螺线管式自感传感器 3.1.5 自感式传感器测量电路 3.1.6 自感式传感器应用举例 3.1.2 变气隙式自感传感器 3.1.3 变面积式自感传感器 设铁芯材料和衔铁材料的磁导率相同，则此变面积自感传感器自感L为： 3.1.4 螺线管式自感传感器 3.1.5 自感式传感器测量电路 1、自感式传感器等效电路 2、交流电桥 3、调幅电路 4、调频电路 5、调相电路 6、自感传感器的灵敏度 3.调幅电路 (2) 相敏检波电路 (3) 谐振式调幅电路 4.调频电路 5.调相电路 6.自感传感器的灵敏度 3.1.6 自感式传感器应用举例 1. 自感式位移传感器 2. 自感式压力传感器 2.自感式压力传感器 IW 10/101 系列； 微型电感式位移， 测量范围4,5,8,10,15mm 线性精度：0.5%或0.25%,外壳圆形?10mm或方形25mm, 外接励磁模块驱动 1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容传感器 3. 变面积型电容传感器 4. 变介电常数型电容式传感器 2. 非线性 差动式变间隙型电容传感器 (1)减小温度误差、保证高的绝缘性能 选材、结构、加工工艺 电极：温度系数低的铁镍合金、陶瓷或石英上 喷镀金或银（电极可做得薄，减小边缘效应） 电极支架：选用温度系数小和几何尺寸长期稳定性好，并具有高绝缘电阻、低吸潮性和高表面电阻的材料，例如石英、云母、人造宝石及各种陶瓷等做支架 电介质 ：空气或云母 （介电常数温度系数近为0） 采用差动结构、测量电路，这样可以通过某些类型的测量电路(如电桥)来减小温度等误差。 传感器密封，用以防尘、防潮 传感器内电极表面不便经常清洗，应加以密封；用以防尘、防潮。 可在电极表面镀以极薄的惰性金属（如铑等）层，代替密封件起保护作用，可防尘、防湿、防腐蚀，并在高温下可减少表面损耗、降低温度系数。 (2). 消除和减小边缘效应 理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。 当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂的多，边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器灵敏度下降和非线性增加。 边缘效应  理想电容器的电场线是直线,而实际电容器只有中间有些区域勉强是直线,越往外电场线弯曲的越厉害。到电容边缘时电场线弯曲最厉害,这种电场线弯曲现象就是边缘效应.(只针对平行板电容器) 危害：灵敏度降低 产生非线性 适当减小极间距，使电极直径或边长与间距比增大，可减小边缘效应的影响，但易产生击穿并有可能限制测量范围。 电极应做得极薄使之与极间距相比很小，这样也可减小边缘电场的影响。 等位环 结构 (3) 消除和减小寄生电容的影响，防止和减少外界干扰。 寄生电容与传感器电容相并联，影响传感器灵敏度，而它的变化则为虚假信号影响仪器的精度，必须消除和减小它。 （a）屏蔽和接地 （b）增加初始电容值，降低容抗。 （c）导线间分布电容有静电感应，因此导线和导线要离得远，线要尽可能短，最好成直角排列，若采用平行排列时可采用同轴屏蔽线。 （d）尽可能一点接地，避免多点接地 (4)差动技术的运用 减小非线性误差 提高传感器灵敏度 减小寄生电容的影响 温度、湿度等环境因素的影响 3.4.4 电容式传感器等效电路 低频等效电路 传感器电容的阻抗非常大，L和R2的影响可忽略 等效电容Ce=C0+Cp， 等效电阻Re≈R1 R1是极间等效漏电阻 高频等效电路 电容的阻抗变小，L和R2的影响不可忽略，漏电的影响可忽略 ，其中Ce=C0+Cp，而Re≈R2 , R2由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成； 3.4.5 电容式传感器测量电路 (1) 调频电路 (2) 运算放大器电路 (3) 双T型电桥电路 (4) 脉宽调制电路 (1) 调频电路 (2) 运算放大器式电路 最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性 (3)二极管双T型电路 3.4.6 电容式传感器的应用 (1) 电容式差压传感器 (2) 电容式加速度传感器 (3) 电容式振动位移传感器 uAB经低通滤波后，就可得到一直流电压U0为 式中?UA、UB──A点和B点的矩形脉冲的直流分量； ??? T1、T2 ──分别为C1和C2的充电时间； ????? U1──触发器输出的高电位。 C1、C2的充电时间： Ur：触发器的参考电压 设R1=R2=R，则得： 结论：输出的直流电压与传感器两电容差值成正比 设电容C1和C2