第5章-电容式传感器.ppt

电容式传感器的一个电极经引线电缆芯线接运算放大器的虚地 点，电缆的屏蔽层接传感器地，这时与传感器电容相并联的为等效电缆电容 ，因而大大地减小了电缆电容的影响。 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。 思考题：1.差动脉冲调宽电路的工作原理 2.设计转换电路，将变极距型传感器的非线性 转变为线性 第五章　电容式传感器 §5-1 工作原理与类型 电容传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测参数微小变化的信息转换成电容量的变化，然后通过测量电路转换成电压输出。 平板电容为 ? ?? 极板介质的相对介电常数 S ?? 极板面积 ? ?? 极板间距 类型 分类 变极距型—变极板间距 变面积型—变极板面积 变介电常数型—介质变化 结构形式一 变极距型电容传感器 结构形式二 线位移式变面积型结构 变面积型差动式结构 结构形式三 线位移式变介质型差动结构 §5-2 电容传感器的主要性能和特点 一、主要性能 1.静态灵敏度 变极距型： 要提高灵敏度应减小?，所以不适宜大尺寸测量。但?过小易引起电容击穿。 变面积型： 要提高灵敏度可增大极板宽度b，减小极间距?。 差动结构灵敏度提高1倍。 §5-2 电容传感器的主要性能和特点 一、主要性能 2.非线性 对于变极距型： 变面积型： 理论线性，忽略了边缘效应。能测量cm数量级的位移。 3.动态特性 几MHz 电容传感器分类比较 二、电容式传感器的特点 优点 温度稳定性好； 结构简单，适应性强； 动态响应好； 可以实现非接触测量、具有平均效应； 分辨力高：0.01?m以下位移 缺点 输出特性的非线性较严重； 输出阻抗高，负载能力差； 寄生电容影响大。 存在问题与改进措施 等效电路 消除和减小边缘效应 减小和消除寄生电容的影响 增加传感器原始电容值。 10－3－10＋3pF。 接地与屏蔽。 集成化。 “驱动电缆”法。 运算放大器法。 整体屏蔽。 + - 带保护环的平行板电容器 保护环 §5-3 转换电路  电桥电路紧耦合电感电桥变压器式电桥 二极管双T形电路 差动脉冲调宽电路 运算放大器式电路 调频电路 §5-4 电容式传感器的应用 §5-4 电容式传感器的应用 测量原理演示 电容式压力传感器 电容式加速度传感器 电容式应变计 电容式荷重传感器 电容式测厚仪 差动电容法测差压 电容式流量计 电容式水份计 总结 传感 元件 原始 输入量 变换 原理 物理 现象 能量 关系 输出量 电容式传感器 位移 结构型 控制型 电容 当动片移动 时，则 通常 1，所以按级数展开可写成 电容量的变化为 图中可动极筒与连杆固定在一起随被测量移动，并与传感器的屏蔽壳同为地。因此当可动极筒移动时，它与屏蔽壳之间的电容值将保持不变，从而消除了由此产生的虚假信号。 传感器与测量电路前置级间的引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与信号传输线通过1:1放大器而为等电位，从而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。