《传感器与检测技术》课件——项目四 电容式传感器及其应用.pptVIP

（2）输出特性非线性变极距式电容传感器的输出特性是非线性的，即电容量和极板间的距离是非线性关系，虽然用差动式结构可以得到改善，但是由于存在寄生电容和不可避免的不一致性，也不可能完全消除输出特性的非线性。（3）寄生电容的影响电容传感器的初始电容小，而连接传感器和转换电路的引线电容、电子线路的杂散电容以及传感器内极板与周围导体构成的所谓“寄生大电容”却较大，这些电容的存在减低了传感器的灵敏度及转换效率，而且由于这些电容常常是随机变化的，将使仪器的工作很不稳定，影响测量精度，所以需要采用相应屏蔽措施来保证测量电路正常工作。应用场合：测试直线位移、角位移、振动振幅，尤其适合测量高频振动轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、液位、成分含量（如油、粮食中的含水量）、非金属材料的涂层油膜等的厚度，测量电介质的湿度、密度、厚度等等，在自动监测和控制系统中也常常用来做为位置信号发生器。项目小结本项目介绍了电容传感器的结构、原理、测量电路及应用。电容式传感器是把被测非电量转化为电容量变化的一种传感器，它可分为三种类型：变面积型、变极距型和变介电常数型。知识拓展1、电容式接近开关2、电容式加速度传感器1、5-固定电极2-壳体3-簧片4-质量块5-绝缘体3、电容式振动位移传感器谢谢观看知识准备1．电桥电路a)单臂电桥b）差动接法交流电桥平衡时有：当Cx改变时，U0≠0，有输出电压。在图4-6b的电路中，接有差动电容传感器，其空载输出电压可用下式表示：应该指出：由于电桥输出电压与电源电压成比列，因此要求电源电压波动极小，需要采用稳幅、稳频等措施。在要求精度很高的场合，如飞机油量表，可采用自动平衡电桥，传感器必须工作在平衡位置附近，否则电桥非线性增大。在实际应用中，接有电容传感器的交流电桥输出阻抗很高（一般达几兆欧至几十兆欧），输出电压幅值又小，所以必须后接高输入阻抗放大器将信号放大后才能测量。电桥电路输出是调幅波，其载波频率为电桥电源频率，其幅值与被测量成比例，因此电桥电路也称作调幅电路或振幅电路。由电桥电路组成的系统原理框图，如图4-7所示。2．调频电路将电容传感器接入高频振荡器的LC谐振回路中，作为回路的一部分，或作为晶体振荡器中的石英晶体的负载电容，当被测量变化使传感器电容改变时，振荡器的振荡频率随之改变，即振荡器频率受传感器电容所调制，因此称作调频电路。调频振荡器的频率可由下式决定：C=C1+C0±ΔC+C2式中：L为谐振回路的电感；C为总电容；C1为谐振回路的固有电容；C2为传感器引线的分布电容；C0±ΔC为传感器的电容。调频电路的原理框图，如图4-8所示。a)直放式调频b)外差式调频调频电路的灵敏度高，频率输出易于得到数字输出而不需要用A/D转换，能获得高电平的直流信号（伏特数量级），而且这种电路抗干扰能力强，可以发送、接受，实现遥测遥控。但调频电路的频率受温度和电缆电容影响较大，需采取稳频措施，电路较复杂，频率稳定度不高，而且调频电路输出非线性较大，需采用线性化电路进行补偿。3．差动脉冲调宽电路a)C1=C2时的波形图b)C1C2时的波形图设R1=R2=R，则可得脉冲宽度调制电路特点：（1）不论是对于变面积式还是变极距式电容传感器，均能获得线性输出；（2）双稳态输出信号一般为100Hz～1MHz的矩形波，所以直流输出只需经滤波器滤波后引出即可；（3）电路采用直流电源，虽然要求直流电源的电压稳定度较高，但较其他测量电路中要求高稳定度的稳频、稳幅的交流电源易于实现。4．运算放大器式电路由理想运算放大器的工作原理可得：将式代入可得5．二极管T型网络该电路具有以下特点：1）电源、传感器电容、平衡电容以及输出电路都接地；2）工作电平很高，二极管VD1和VD2都工作在特性曲线的线性范围内；3）输出电压高；4）输出阻抗为R1或R2（1～100K?），且实际上与电容C1和C2无关。适当选择电阻R1和R2，则输出电流就可用毫安表或微安表直接测量；5）输出信号的上升时间取决于负载电阻，因此上升沿时间很短，可用来测量高速机械运动。6．使用转换电路的注意事项任务实施1．电容式应变计2．电容测厚仪1—传动轮2—轧辊3—电容极板4—金属带材3．