力敏传感器课件.ppt

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1、第4.3节电容式传感器电容式传感器的特点：功率小、阻抗高，静电引力小和良好的动态特性本身发热影响小，可进行非接触测量电容式传感器应用：广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量逐步扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。ε——极板间介质的介电系数；ε0——真空的介电常数，ε0=8.854×10-12F/m；εr——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，εr≈1，d——极板距离一.电容式传感器的工作原理及特性1基本工作原理平行极板电容器的电容量为：+-影响平板电容器电容值的因素极板面积极板间距

2、离介质的介电常数被测物理量可以通过作用在这三个因素之上而使得电容值发生改变位移——极板间距离角度——极板面积液面——介电常数电容式传感器----变间隙型、变面积型、变介质型常见的电容式传感器的原理结构形式变间隙式电容传感器a、b常用于测量微小的线位移变面积式电容传感器c、d、e、f常用于测量角位移和较大的线位移变介电常数式电容传感器g、h常用于固体或液体的物位测量以及各种介质的湿度、密度的测定空气介质的变间隙电容式传感器工作原理：极板2为定极板，固定不动，极板1为动极板，与被测体相连，当被测参数改变而引起动极板1移动时，就改变了极板间距离，从而改变极板间的电容变极距型电容传感器2电容式传感

3、器的类型和特性极板1上移：设动极板未移动时极板间距为d0初始电容量为：电容的相对变化量为：略去高次项，得：所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足Δd<

4、之变化。二电容式传感器的等效电路电容式传感器表现为纯电容特性吗？实际情况下，大多数电容器，除了在高温、高湿条件下，损耗可以忽略低频工作时，电感效应可以忽略在电容器的损耗和电感效应不能忽略时，等效电路如图所示并联损耗电阻Rp极板间的泄漏电阻和极板间的介质损耗低频工作时影响较大串联电阻Rs引线电阻、电容器支架和极板的电阻随频率增高而增大电感L电容器本身的电感和引线电感分别与电容器结构形式和引线长度有关电容式传感器的等效电路是一个RLC的振荡电路，有一个谐振频率，通常在几十兆赫兹只有在低于谐振的频率上（通常为谐振频率的1/3~1/2），才能获得电容传感元件的正常运用有效容抗Ce电容的实际相对变化

5、量为电容传感元件的实际相对变化与固有电感有关三电容式传感器的信号调节电路1运算放大器电路能够克服变间隙电容式传感器的非线性而使其输出电压与输入位移（间距变化）有线性关系反相放大器电路的简单分析分析要点运放输入两端具有相同的电位运放的输入端没有电流流过R1R2UiUo－＋a电容式传感器的运算放大电路分析放大器放大系数为-K，反相放大电路作为运放输入端之一的a点与运放的另一个输入端具有相同的电位——地电位考虑电路节点a，a点流向运算放大器的电流为0联立求解，可得而，代入得输出电压与极板间距成线性关系，从而从原理上解决了变间隙的电容式传感器的非线性问题2.电桥电路两个臂是紧耦合电感臂的电桥具有较

6、高的灵敏度和稳定性，且寄生电容影响极小、大大简化了电桥的屏蔽和接地，适合于高频电源下工作。变压器电桥使用元件最少，桥路内阻最小，因此目前较多采用。3.二极管双T形电路图4-30二极管双T形电路若将二极管理想化，则正半周时，二极管D1导通、D2截止，电容C1被以极短的时间充电至UE，电容C2的电压初始值为UE.电源经R1以i1向RL供电，而电容C2经R2、RL放电，流过RL的放电电流为i2，流过RL的总电流iL为i1和i2的代数和。在负半周时，二极管D2导通、D1截止，电容C2很快被充电至电压UE；电源经电阻R2以i1向负载电阻RL供电，与此同时，电容C1经电阻R1、负载电阻RL放电，流过

7、RL的放电电流为i2。流过RL的总电流iL为i1和i2的代数和。②若传感器输入不为0，则C1≠C2,I1≠I2,此时在一个周期内通过RL上的平均电流不为零，因此产生输出电压，输出电压在一个周期内平均值为①传感器无输入时，C1=C2，R1=R2=R，则正半周和负半周流过负载的电流大小相等，方向相反，即一个周期内流过负载的平均电流为零。当RL已知，式中(常数)电路特点：①线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线