东华理工大学精品课程课件.ppt

3.3 电容式传感器及其转换电路 主讲：李跃忠 2013年5月22日 LOGO 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结 3.3.1 电容式传感器的工作原理 电容器有两个用介质（固体、液体或气体）或真空隔开的电导体构成。 电容 导体上的电荷 导体之间的电压差 什么是电容器？ 3.3.1 电容式传感器的工作原理 S ——极板相对覆盖面积； ??? d ——极板间距离； ??? εr——相对介电常数； ??? ε0——真空介电常数（8.85pF/m）； ??? ε ——电容极板间介质的介电常数。 d S ε 电容式传感器的分类 1. 变面积型电容传感器 2. 变介电常数型电容传感器 3. 变极距型电容式传感器 1. 变面积型电容传感器 当动极板相对于定极板沿着长度 方向平移时，其电容变化量化为 △C与△x间呈线性关系 电容式角位移传感器 当θ=0时 当θ≠0时 传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系，但如果输出是 ， 则是非线性关系。 2. 变介电常数型电容式传感器 初始电容 电容式液位传感器 电容与液位的关系为： 当L=0时，传感器的初始电容 当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为 电容变化量与电介质移动量L呈线性关系 3. 变极距型电容传感器 非线性关系 若△d/d1时，则式（3.3.3）可简化为 若极距缩小△d 最大位移应小于间距的1/10 初始电容 d S ε 变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数(ε )型: （i）～(l) 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结 3.3.3 电容式传感器等效电路 L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感； r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成； C0为传感器本身的电容 Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容 Rg是极间等效漏电阻 极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗 r C0 CP Rg L 低频等效电路 传感器电容的阻抗非常大，L和r的影响可忽略 等效电容C=C0+Cp， 等效电阻Re≈Rg C Rg 高频等效电路 电容的阻抗变小，L和r的影响不可忽略，漏电的影响可忽略 ，其中C=C0+Cp，而re≈r re C L 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结 3.3.4 电容式传感器测量电路 (1) 运算放大器电路 (2) 脉宽调制电路 (3) 调频电路 (4) 双T型电桥电路 (1). 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 Cx是传感器电容 C是固定电容 u0是输出电压信号 运算放大器式电路原理图 u C - A C x ∑ ～ u 0 由运算放大器工作原理可知 结论：从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性。 假设放大器开环放大倍数A=?，输入阻抗Zi=? 因此仍然存在一定的非线性误差， 但一般A和Zi足够大，所以这种误差很小。 小结 3.3.1 电容式传感器的工作原理：S、d、ε任一一个参数发生变化时，电容量都发生变化。 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 作业：电容式传感器有哪几种类型？写出每种电容式传感器的转换公式，各有什么特点？ * * * * * * *