传感器原理及应用-第5章 - 电容式传感器.ppt

* * * * * * * * * * * * （3）设方波的频率f=1/T0即每秒钟要发生的充放电过程的次数，由C点流向A点的平均电流为I2, 从A点流向C点的平均电流为I3, 流过从C至A支路的瞬时电流平均值为 四、环形二极管充放电测量电路 §5.3 电容式传感器测量电路 环形二极管充放电测量电路的输出电流I正比于传感器电容值的增量ΔCx。 2、基本工作原理 （4）令Cx的初始值为C0，ΔCx为Cx的增量，Cx=C0+ΔCx。 初始调节Cd=C0，则有 差动脉冲调宽电路，通过对传感器电容的充放电，使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化。 通过低通滤波器，被测量的变化转换为直流信号输出。 五、脉冲宽度调制测量电路 §5.3 电容式传感器测量电路 当接通电源后，若触发器Q端为高电平，则触发器通过R1对Cx1充电。 2、基本工作原理 1、电路基本结构 Cx1、Cx2为差动式传感器的两个电容；A1、A2是两个比较器，Ur为其参考电压。 当F点电位UF升到与参考电压Ur相等时，比较器A1产生一脉冲使触发器翻转，使Q端为低电平。此时，电容Cx1通过二极管VD1迅速放电至零，而触发器经R2向C2充电。 五、脉冲宽度调制测量电路 §5.3 电容式传感器测量电路 2、基本工作原理 当G点电位UG与参考电压Ur相等时，比较器A2输出一脉冲使触发器翻转。此时，电容Cx2通过二极管VD2迅速放电至零。 如此交替激励。 因此，电路充放电的时间，即触发器输出方波脉冲的宽度受电容Cx1、Cx2的调制。 （1）当Cx1=Cx2时，触发器两端电平的脉冲宽度T1和T2相等，测量电路在一个周期T=T1+T2时间内输出平均电压为零。 五、脉冲宽度调制测量电路 §5.3 电容式传感器测量电路 2、基本工作原理 （2）当Cx1≠Cx2时，C1和C2充放电时间常数发生变化，触发器两端电平的脉冲宽度T1和T2不相等，测量电路在一个周期T=T1+T2时间内输出平均电压为 五、脉冲宽度调制测量电路 §5.3 电容式传感器测量电路 2、基本工作原理 （3）在一个周期内输出平均电压与传感器电容的关系为 对差动变极距型平行板电容传感器有 同理，变面积型电容传感器有 因此，差动脉冲宽度调制电路适用于差动电容式传感器，并具有理论上的线性特性。 电路采用直流电源，电压稳定度高，不存在稳频、波形纯度的要求； 经低通放大器可输出较大的直流电压，对输出矩形波的纯度要求也不高。 第五章 电容式传感器 5.1 电容式传感器工作原理和结构 5.2 电容式传感器等效电路 5.3 电容式传感器测量电路 5.4 电容式传感器应用 电子技术的发展，解决了电容式传感器存在的许多技术问题，使电容式传感器应用广泛。 精确测量：位移、厚度、角度、振动等物理量；力、压力、差压、流量、成分、液位等参数。 在自动检测与控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。 一、电容式压力传感器 §5.4 电容式传感器应用 凹玻璃圆片 弹性膜片 (动电极) 固定电极 P 差动型电容式压力/压差传感器： 当被测压力或压力差作用于膜片并产生位移时，两个电容器的电容量，一个增大，一个减小。 电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。 二、电容式称重传感器 §5.4 电容式传感器应用 电容式称重传感器结构形式很多。基本原理： 利用弹性敏感元件受压后变形，引起电容随外加重量的变化而变化。 绝缘材料 定极板 动极板 极板支架 弹性体 称重时，弹性元件受力变形，动极板发生位移，导致传感器电容量变化。 F 在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成一排平行的平板电容。 在电路上各电容是并联的，输出反映的结果是平均作用力的变化，测量误差大大减小（误差平均效应）。 三、电容式加速度传感器 §5.4 电容式传感器应用 基本结构： 两个固定极板间有一个用弹簧片支撑的质量块m，质量块的两端面经抛光后作为动极板。 弹簧片 定极板2 质量块（动极板） 定极板1 绝缘体 a C1 C2 m 基本原理： 当传感器测量竖直方向的振动时，因m的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，两个差动电容器C1和C2的电容发生相应的变化，其中一个变大，另一个变小。 四、电容式传感器其他应用 §5.4 电容式传感器应用 （1）电容式液位计 （2）电容式料位计 （3）电容式湿敏传感器 （4）电容式键盘 （5）电容传声器 （6）生物识别技术 硅电容指纹图像传感器： 最常见的半导体指纹传感器，通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约100,000个电容传感器。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * 基尔霍夫定律又称为克希荷夫定律，包含基尔霍夫电流定律（缩写为KCL)和基尔霍夫电压定