第三章 电容式传感器.pptVIP

经整理得 ： 则 在设计电容传感器时，应首先根据合理的初始电容量决定间隙 ，然后根据材料的线膨胀系数 选择材料的 合适尺寸，满足温度补偿条件的要求，达到温度补偿的作用。 二、寄生电容与分布电容的影响 电容极板与周围物体（各种组建甚至人体）所产生的电容称为寄生电容。而电容传感器引线电缆引起的电容称为分布电容(l～2m导线可达800pF) 。寄生电容与分布电容统称为干扰电容。由于电容传感器很小，其电容量多为几皮法至十几皮法，属于小功率、高阻抗器件，极易受外界干扰，尤其是易受大于它几倍、几十倍且具有随机性的干扰电容的影响，且这些干扰电容与传感器电容并联，严重影响传感器的输出特性，甚至淹没传感器有用电容而使之无法工作。且寄生电容极不稳定，这就导致电容传感特性不稳定，对传感器产生严重干扰，带来测量误差。因此，消灭干扰电容的影响是电容式传感器使用的关键。 （2）注意传感器的接地和屏蔽； （3）集成化:将传感器与测量电路本身或其前置级装在一个壳体内，省去传感器的电缆引线。 （4）采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术:传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆. （5）整体屏蔽法:将电容式传感器和所采用的转换电路、传输电缆等用同一个屏蔽壳屏蔽起来，正确选取接地点可减小寄生电容的影响和防止外界的干扰。 （1）增加传感器原始电容值　　 采用减小极片或极筒间的间距(平板式间距为0.2—0.5mm，圆筒式间距为0.15mm)，增加工作面积或工作长度来增加原始电容值，但受加工及装配工艺、精度、示值范围、击穿电压、结构等限制。一般电容值变化在 10-3—103 pF范围内，相对值变化在 10-6—1范围内。 三、外界干扰的影响 电容传感器是高阻抗传感元件，客观上存在外界干扰的影响，当外界（如电磁场）干扰在传感器和导线间感应出电压并与信号一起输送至测量电路时就会产生误差，甚至使传感器无法正常工作。另外，不同接地点所产生的接地电压差也是一种干扰信号，同样会引起误差和故障。防止和减小干扰的措施大致可归纳如下： 1、屏蔽和解地。用良导体作传感器壳体，将传感器元件包围起来，并可靠接地；用金属网套住导线彼此绝缘（即屏蔽电缆），金属网可靠接地；用双层屏蔽线可靠接地；用双层屏蔽罩且可靠接地；传感器与测量电路前置级一起装在较好的屏蔽壳体内并可靠接地等等。 2、增加原始电容值，以降低容抗，减小被干扰电容淹没的危险。 3、减小导线间的分布电容的静电感应，因此导线与导线之间远离，距离尽可能短，最好成直角排列，必须平行排列时可采用屏蔽电缆线。 4、减少接地点，尽可能一点接地，地线要用较粗的良导体或宽印制线。 5、尽量采用差动式电容传感器，可提高传感器灵敏度，减小非线性误差。 四、温度对介质的介电常数的影响 传感器的电容值与介质的介电常数成正比。因此若某些介质的介电常数也存在温度系数，当温度改变时，就必然会引起传感器的电容值改变，从而造成温度附加误差。 消除方法是：采用介电常数温度系数为零的空气或云母作为介质，或在测量电路中进行温度补偿。但要完全补偿是困难的。 五、漏电阻的影响 电容传感器的容抗很高，特别是电源频率较低时，容抗更高。如果两极板之间的漏电组与此容抗相接近时，就必须考虑分路作用对系统灵敏度的影响。它将使传感器的灵敏度下降。因此应选用绝缘性能很好的陶瓷、石英、聚四氟乙烯等材料作为两极板之间的支架，可大大提高两极板之间的漏电组。当然，适当的提高激励电源的频率也可以降低对材料绝缘性能的要求。 第三节 电容式传感器的测量电路 一、调频电路 二、运算放大器式电路 三、二极管双T型交流电桥 四、脉冲宽度调制电路 一、调频电路 调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。 调频振荡器的振荡频率为 式中： L——振荡回路的电感；  C——振荡回路的总电容，C=C1+C2+Cx，其中C1为振荡回路固有电容, C2为传感器引线分布电容, Cx=C0±ΔC为传感器的电容。 当被测信号为0时，ΔC=0，则C=C1+C2+C0，所以振荡器有一个固有频率f0, 其表示式为 当被测信号不为0时，ΔC≠0， 振荡器频率有相应变化， 此时频率为 调频电容传感器测量电路具有较高的灵敏度， 可以测量高