电容传感器精选PPT.ppt
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1、电容传感器第1页,此课件共60页哦第2页,此课件共60页哦第3页,此课件共60页哦第4页,此课件共60页哦第5页,此课件共60页哦第6页,此课件共60页哦第7页,此课件共60页哦第8页,此课件共60页哦第9页,此课件共60页哦第10页,此课件共60页哦第11页,此课件共60页哦第12页,此课件共60页哦第13页,此课件共60页哦第14页,此课件共60页哦第15页,此课件共60页哦第16页,此课件共60页哦第17页,此课件共60页哦第18页,此课件共60页哦工作时,动极板沿轴线移出。电容量变化为 式中 圆柱形变面积型电容传感器的输出特性是线性的,其灵敏度K与内外圆柱重迭部分长度成反比。3 3、角
2、角位位移移式式电电容容传传感感器器 如图37所示。初始时,两半圆极板重迭,电容量为 C工作时,动极板向外转过角,电容量变为 第19页,此课件共60页哦则电容变化量为 灵敏度为 综上所述,变变面面积积型型电电容容传传感感器器,不不论论被被测测量量是是线线位位移移还还是是角角位位移移,输出电容的增量与位移量都为线性关系输出电容的增量与位移量都为线性关系,传感器灵敏系数为常数。五、变介质型电容传感器五、变介质型电容传感器 1)、如果只有一种介质,如图410示。初始时:C 1 1、介质本身介电常数变化的电容传感器、介质本身介电常数变化的电容传感器工作时:介质本身介电常数变化 第20页,此课件共60页哦
3、 CC灵敏度 只有一种介质的变介质电容传感器输出输入特性为线性只有一种介质的变介质电容传感器输出输入特性为线性。2 2、含有被测介质和空气两种介质的变介质电容传感器、含有被测介质和空气两种介质的变介质电容传感器如图3示,初始时:第21页,此课件共60页哦工作时,被测介质变化 则 略去高次项 则灵敏度 式中:称为灵敏度因子。第22页,此课件共60页哦则非线性误差 式中:称为非线性因子。结论:结论:、N2与N3均与间隙比 有关,亦即与空气隙厚度(Dd)有关。当空气隙(Dd)越小时,则N2越大,说明灵敏度越高;同时N3越小,说明非线性误差越小。、N2与N3均与被则介质r有关。当r越大,N2越小,灵敏
4、度Kc越小,N3越大,说明非线性误差越大。因此,在使用这种传感器时,要求初始介电常数r越小越好。传感技术第23页,此课件共60页哦3 3、改变工作介质的电容传感器、改变工作介质的电容传感器 图4-12所示是一种电容液面计的原理图。在被介质中放入两个同心园柱状极板1和2。若容器内液体介质的介电常数为1,容器上面的气体的介电常数为2,当容器液面变化时,两极板间电容量C就会发生变化。设容器中的介质为不导电液体(如果为导电液体,则电极需要绝缘),容器中液体介质浸没电极1和2的高度为h1,未浸没部分高度为h2,这时总的电容C等于气体介质间的电容量与液体介质间的电容量之和。气体介质间的电容量C2为液体介质
5、间的电容量C1为 第24页,此课件共60页哦因此,总的电容量为 (430)式中 (4-30)式表明传感器电容量C与液位高度h1成线性关系 极板间两种介质的厚度分别为d1和d2,两种介质的介电常数分别为1和2。初始时,两极板之间无介质2 只有1介质,电容量为图413所示为另一种变介质型电容传感器。第25页,此课件共60页哦工作时,2进入两极板的长度为X,此时电容为 令 常数。则CC0(1B x)则 第26页,此课件共60页哦可见,电容相对变化量与第二介质2插入第一介质1的深度x成正比。其灵敏度 第27页,此课件共60页哦4.2、电容式传感器的等效电路电容式传感器的等效电路 电容传感器的等效电路如
6、图414所示;R包含引线电阻,极板电阻和金属支架电阻。L引线电感和电容器电感之和C传感器电容,包括寄生电容Rp极间等效损耗电阻由于存在引线电感,使得传感器的有效电容Ce与其增长Ce和相对变化量CeCe,还有灵敏度Ke都发生了变化。因此,在使用电容传感器时不要随便改变其引线电缆的在使用电容传感器时不要随便改变其引线电缆的长度长度。第28页,此课件共60页哦4 43 3、电容式传感器的测量电路、电容式传感器的测量电路 电容式传感器的测量电路有9种、调频电路 、谐振电路,、脉冲电路 、运算放大器电路 、二极管双T交流电桥电路、差动脉冲调宽电路、交流电桥电路 、耦合式电感电桥电路 、变压器电桥电路。一
7、、调频电路一、调频电路 1 1、作用、作用:将电容量转换为频率,即Cf2 2、类型、类型:直放式,外差式。如图415所示。3 3、原理、原理 第29页,此课件共60页哦振荡器的固有频率 振荡器的频率变化为 4 4、持点、持点:、抗外来干扰能力强 、特性稳定 、能取得高电平直流信号(伏特级)、易于用数字仪表记录及与计算机接口 二、谐振电路二、谐振电路第30页,此课件共60页哦1 1、作用、作用:将电容变化转换为阻抗变化,C2 2、原原理理:将电容传感器C3作为谐振回路(L2、C2、C3)中调谐电路的一部分。初始时,调节C2,使调谐电路共振,输出电压最高。工作时,非电量变化使电容传感器C3以生变化
8、,使谐振回路失振,偏离谐振点,阻抗相应发生变化,使输电压也发生变化。3 3、特点、特点:、比较稳定;、工作点不易选好,变化范围较窄、传感器与谐振回路要靠近;、振荡器的频率要稳定。第31页,此课件共60页哦三、脉冲电路三、脉冲电路 1 1、作用、作用:将电容变化转换为电流输出,CIp,2 2、原理、原理:1 1)开开关关K K打打向向1 1,电容传感器C接通电源正充电,其变化路径为:ED4mD2CXR1E 充电电压为 2 2)、K K打打向向2 2,设计CX经同样大小的放电,放电路径为D1mD3R22CX 充、放电的平均电流IP为:第32页,此课件共60页哦3、特点:、特点:1)、传感器电容要小
9、;2)、充、放电电路的时间常数要相等;3)充电要充足,放电要放尽;4)、转换开关K的动作频率f要大。四、运算放大器电路四、运算放大器电路 1 1、作用、作用:将电容变化转换为电 压变化。CU02 2、原理、原理:CX传感器电容;C固定电容;为虚地 3、特点:、特点:该电路的最大特点是 能克服变极距型电容传感器的非线性。第33页,此课件共60页哦五、五、一般交流电桥电路一般交流电桥电路1、作作用用:将电容变化转换为阻抗变化。CZ2、原理、原理:当负责阻抗ZL时,电桥输出电压为为 当传感器电容变化时,电桥失去平衡,输出电压为3 3、特点:、特点:1)要求供桥电压的幅值和频率都要很稳定;2)要求放大
10、器的输入阻抗ZL很高。3)要求供桥电源的频率为被测信号最高频率的510倍。4)应采用稳定性好、增益高的窄带放大器作为后接放大器。第34页,此课件共60页哦六、紧耦合电感臂电桥六、紧耦合电感臂电桥 1、作用:、作用:将电容变化转换为阻抗变化。CZ 2、原理:、原理:电桥输出的一般表达式为紧耦合电桥与不耦合电桥的灵敏度如图4-21所示 3、特点:、特点:抗干扰性好,稳定性好。第35页,此课件共60页哦七、变压器电桥七、变压器电桥 1、作作用用:将电容变化转换为阻抗变化。CZ2、原理:、原理:当电桥负载ZL 时,输出电压为如果C1、C2为差动式变极距型电容传感器。第36页,此课件共60页哦如果C1、
11、C2为差动式变面积型电容传感器,3、特点、特点:变压器电路对传感器无线性要求 八、二极管八、二极管T T交流电桥电路交流电桥电路第37页,此课件共60页哦1、作用:、作用:利用电容放电原理将CILU0 2 2、原理、原理:UE是对称方波高频交流电源1)、正半周时,设电源UE上正下负,二极管D1在短路,D2开路,C1在短时内充电,C2初始电压为UE,这是一阶动态电路。可得出C2上的电流为负半周时电容C1的平均电流IC1为 第38页,此课件共60页哦在负载RL上输出的电压平均值为 3、特点、特点:、线路简单,可全部放在探头内,大大缩短电容引线,减少寄 生电容的影响;、二极管D1、D2工作在高电平下
12、,因而非线性失真小;、电源频率、幅值直接影响其灵敏度,因此要求它们高度稳定、输出电压较高;、输出阻抗与R1、R2同数量级(1100K),与电容C1、C2 无关;、输出信号的前沿时间由RL决定。如RL1K,则上升沿时间为 20s可用于动态测量;、要求电源UE、RL、C1、C2一端同时在一点接地。第39页,此课件共60页哦九、差动脉冲调宽电路,也称为差动脉冲调制电路九、差动脉冲调宽电路,也称为差动脉冲调制电路 1 1、作作用用:利用电容充电将电容变化转换为电压输出。2 2、原理:、原理:电路如图424示。由两个电压比较器A1、A2,一个双稳态触发器和两个充放电回路R1、C1,R2、C2组成。R1R
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