第四章电容传感器精选文档.ppt

第四章电容传感器本讲稿第一页，共十一页近似：略去三次以上项：非线性误差：结论:(4)差动结构：灵敏度提高一倍 非线性误差减小 补偿温度变化(1)只有测量范围很小时具有线性（近似）；(2)灵敏度与初始极距平方成反比：减小极距-提高灵敏度，受限:(1)非线性误差增大；(2)极距过小-电容器击穿、短路 一般：0=0.10.2mm,C0=20100pF(3)灵敏度与介电常数成正比：=0r 加入固体介质：高介电常数（云母/塑料）本讲稿第二页，共十一页2、变面积型电容传感器电容：(a)扇形平板结构；(b)柱面板结构相对变化：结论:灵敏度：(1)传感器输出为线性；(2)灵敏度与初始极距成反比：减小极距-提高灵敏度，(3)保持极距不变：中间移动式；(4)差动结构：提高灵敏度 本讲稿第三页，共十一页2、变介质型电容传感器电容：插入式：影响：降低灵敏度，产生非线性；极板厚度h/极距之比 越大-严重；边缘效应因子（表4-1）应用：测量厚度、湿度二、电容传感器存在问题及措施1、边缘效应:措施：带保护环-增强均匀性；降低极板厚度-金属薄膜本讲稿第四页，共十一页2、静电引力：影响：电缆-寄生电容-与传感器电容并联 随机-影响输出特性，电缆越长-影响越严重 远大于传感器电容(20100pF)-淹没；影响：极板之间存在静电场-静电引力/力距-弹性元件-误差；3、寄生电容：措施：措施：理论计算-补偿，表4-2（1）增大传感器初始电容：减小极距，增大面积，减小寄生电容影响；（2）注意传感器的接地与屏蔽：屏蔽线至传感器壳内，“一点接地”（3）缩短电缆长度，加大线径：（4）小型化：将前置放大器与传感器安装在一个壳体内，固定不变（5）集成化：将传感器与前置电路集成于同一芯片上，最佳本讲稿第五页，共十一页（6）驱动电缆法：）驱动电缆法：（7）整体屏蔽法：）整体屏蔽法：（8）虚地法：）虚地法：等电位屏蔽法 双层屏蔽等位传输法双层屏蔽电缆：内屏蔽层，外屏蔽层（接地）驱动放大器：增益为1，接内屏蔽层，信号线与内屏蔽层等电位，消除信号线与内屏蔽层之间电容要求：增益=1，准确（1/10000）；恒定不变（宽频带）；容性负载：内外屏蔽层间电容特点：精度高，抗干扰性能好，电路复杂，原理：将传感器、传输电缆和前置电 路统一屏蔽，关键：如何接地 特点：效果好，结构复杂，信号线接放大器虚地(输入端)本讲稿第六页，共十一页（1）温度对传感器结构影响：4、温度影响：、温度影响：三、电容传感器特点及应用三、电容传感器特点及应用特点：分辨力极高（电容值10-7，相对值100%200%，位移0.01m）;动极板质量小，惯性小，动态响应好；非接触，自身发热和功耗小；结构简单，不含有机材料或磁性材料、对环境适应性强温度变化-尺寸变化-电容变化（极距小时更敏感）-误差 材料不同-热胀系数不等-热变形不均匀-间隙加大-误差（2）温度对介质的影响：温度变化-介电常数变化-电容改变不同介质，影响程度不同-空气、云母等基本不变；液体影响大应用：微信息检测-测微仪、；静态测量-金属零件计数 高频信号检测-振动，转速；本讲稿第七页，共十一页1-测杆：2-片簧：3-定极板；4-动极板：1、电容式位移传感器：、电容式位移传感器：三、电容传感器特点及应用三、电容传感器特点及应用原理：变介质型 变极距型；2、电容式厚度传感器：、电容式厚度传感器：特点：接触式测量差动结构：特点：非接触式测量应用：纸张、绝缘薄膜等本讲稿第八页，共十一页加速度-质量块-弹性元件-变形-电容变面积型3、电容式加速度传感器：、电容式加速度传感器：三、电容传感器特点及应用三、电容传感器特点及应用1-动极板2-定极板3-绝缘材料4-弹性体5-支架4、电容式力传感器：、电容式力传感器：本讲稿第九页，共十一页压差-膜片-变形-电容变极距型 差动结构5、电容式压力传感器：、电容式压力传感器：三、电容传感器特点及应用三、电容传感器特点及应用变介质型：液位传感器-液位变化引起不同介电质的高度 物位传感器-非导电固体颗粒6、电容式液位、电容式液位/物位传感器：物位传感器：本讲稿第十页，共十一页1、差动式梳齿形容栅传感器、差动式梳齿形容栅传感器四、容栅传感器四、容栅传感器2、多级片型容栅传感器、多级片型容栅传感器3、特点：定极板-两组极栅，等间隔，交叉 动极板-极距相同，栅宽相同相对移动-电容周期变化-脉冲信号多个差动式变面积型电容传感器的并联 动尺-一系列发射电极片，宽度间隔l0 定尺-一系列接收电极片，宽度间隔l0/4相对移动-电容周期变化-脉冲信号多个差动式变面积型电容传感器的并联4、应用：量程大-长定尺，150mm,300mm精度高-误差平均效应测量位移-数显卡尺，分辨力0.01mm本讲稿第十一页，共十一页