最新電容式位移傳感器1精品ppt課件教學(xué)文案

1、電容式位移傳感器1 S S 極板的遮蓋面積，單位為極板的遮蓋面積，單位為m m2 2； 極板間介質(zhì)的介電系數(shù)；極板間介質(zhì)的介電系數(shù)；兩平行極板間的距離，單位為兩平行極板間的距離，單位為m m；0 0 真空的介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)，0 0 =8.854 =8.8541010-12-12 F/m F/m；r r 極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)，對于空氣介質(zhì)，極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)，對于空氣介質(zhì)，r r 11。1.1.基本工作原理基本工作原理平行極板電容器的電容量為：平行極板電容器的電容量為：）（130 S S Cr）（23 000000CSSSC下極板上移：設(shè)動(dòng)片未移動(dòng)時(shí)極板間距為000 SC初始電

2、容量為：電容的相對變化量為：）（3310000 CC時(shí)，當(dāng)1/0）（4313020000 .CC略去高次項(xiàng)，得：）（5300 CC 所以變極距型電容傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮滿足0的條件。且一般只能在極小的范圍內(nèi)變化。 ）（73120200 SCKr非線性誤差與/0有關(guān)。其表達(dá)式為： ）（）（63 %1000020r傳感器的靈敏度為：）（73120200 SCKr 差動(dòng)式變間隙型電容傳感器差動(dòng)式變間隙型電容傳感器1000011 CSCCC1000021 CSCCC0201,動(dòng)極板上移：02100 SC 初始位置時(shí)，圖2 差動(dòng)式變間隙型時(shí)，當(dāng)1/0.13020001CC.13020002CC）（832

3、2300021 .CCCC）（123200 CCK）（11310010020030 %r提高一倍減小）（103200 CC略去高次項(xiàng)：電容量的相對變化為 ：）（）（）（93 12402000 CC非線性誤差為： 靈敏度：角位移變面積型2.2 2.2 變面積型電容傳感器變面積型電容傳感器 S C 0，當(dāng)0）（1331100 CS CCC，當(dāng)00CC顯然：電容C 與角位移呈線性關(guān)系。 動(dòng)片定片圖4 角位移式）（143 1 00axCxabCCCx線性關(guān)系圖5 直線位移式axCC0 當(dāng)其中一個(gè)極板發(fā)生x位移后，改變了兩極板間的遮蓋面積S ，電容量C同樣隨之變化。圖6 厚度傳感器2.3 2.3 變介電

4、常數(shù)型電容傳感器變介電常數(shù)型電容傳感器 單組式平板形厚度傳感器單組式平板形厚度傳感器 圖7 厚度傳感器的等效電路）（1530321 abCCCCxx 設(shè)固定極板長度為a、寬度為b、兩極板間的距離為；被測物的厚度和它的介電常數(shù)分別為x和 ,則單組式平板形線位移傳感器單組式平板形線位移傳感器 設(shè)極板寬度為b，板間無介質(zhì)2時(shí)，傳感器的電容量為：）（1632110 ddblC圖8 線位移傳感器圖9 線位移傳感器等效電路插入介質(zhì)2 后的電容量為：）（173 111212211ddxlbddbxCCCBA）（183121212100 ddlxCCC所以該式表明：電容量C與位移x成線性關(guān)系。二、二、 電容式

5、傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路 電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小, 這樣微小的電容量還不能直接為目前的顯示儀表所顯示, 也很難為記錄儀所接受, 不便于傳輸。這就必須借助于測量電路檢出這一微小電容增量, 并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。 1、 調(diào)頻測量電路調(diào)頻測量電路 調(diào)頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí), 振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。 雖然可將頻率作為測量系統(tǒng)的輸出量, 用以判斷被測非電量的大小, 但此時(shí)系統(tǒng)是非線性的, 不易

6、校正, 因此加入鑒頻器, 將頻率的變化轉(zhuǎn)換為振幅的變化, 經(jīng)過放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來。調(diào)頻測量電路原理框圖如圖 10 所示。 圖10 調(diào)頻測量電路原理框圖式中: L振蕩回路的電感; C振蕩回路的總電容，C=C1+C2+C0C。 其中, C1為振蕩回路固有電容; C2為傳感器引線分布電容; C0C為傳感器的電容。 21)(21LCf圖 10 中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為 (3 - 19) 當(dāng)被測信號為0時(shí), C =0, 則C =C1+C2+C0, 所以振蕩器有一個(gè)固有頻率f0, f0= (3 - 20) 當(dāng)被測信號不為 0 時(shí), C0, 振蕩器頻率有相應(yīng)變化, 此時(shí)頻率為 21021)

7、(21LCCCffLcccf021021)(21 調(diào)頻電容傳感器測量電路具有較高靈敏度, 可以測至0.01 m級位移變化量。頻率輸出易于用數(shù)字儀器測量和與計(jì)算機(jī)通訊, 抗干擾能力強(qiáng), 可以發(fā)送、接收以實(shí)現(xiàn)遙測遙控。 (3 - 21)圖11 運(yùn)算放大器電路原理圖2、 運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器式電路 運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)K非常大, 而且輸入阻抗Zi很高。運(yùn)算放大器的這一特點(diǎn)可以使其作為電容式傳感器的比較理想的測量電路。 圖 11是運(yùn)算放大器式電路原理圖。Cx 為電容式傳感器, 是交流電源電壓, 是輸出信號電壓, 是虛地點(diǎn)。 由運(yùn)算放大器工作原理可得iU0U (3 - 22) 如果傳感器是一只平板電容, 則Cx =A/d, 代入式(3 - 22), 有 dAcUUi0式中“-”號表示輸出電壓 的相位與電源電壓反相。 式（3 - 23）說明運(yùn)算放大器的