第3章_壓力檢測2-王威立

1、3.5 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器 電容式傳感器是將被測參數(shù)變換成電容量的一種傳感器，其轉(zhuǎn)換元件實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。一、 工作原理及特性二、電容式傳感器測量電路三、實(shí)際中存在的問題及其解決方法四、電容式傳感器的應(yīng)用電容式指紋識別傳感器電容式指紋識別傳感器n當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列/ /絕緣物絕緣物/ /皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）與金屬導(dǎo)體之間的距隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。離不同而變化。電容式指紋識別傳感器電

2、容式鍵盤n常規(guī)的鍵盤有機(jī)械式按鍵和電容式按鍵兩種常規(guī)的鍵盤有機(jī)械式按鍵和電容式按鍵兩種電容式鍵盤是基于電容式開關(guān)的鍵盤，原理是通過按電容式鍵盤是基于電容式開關(guān)的鍵盤，原理是通過按鍵改變電極間的距離產(chǎn)生電容量的變化，暫時(shí)形成震鍵改變電極間的距離產(chǎn)生電容量的變化，暫時(shí)形成震蕩脈沖允許通過的條件蕩脈沖允許通過的條件理論上這種開關(guān)是無觸點(diǎn)非接觸式的，磨損率極小甚理論上這種開關(guān)是無觸點(diǎn)非接觸式的，磨損率極小甚至可以忽略不計(jì)，也沒有接觸不良的隱患，噪音小，至可以忽略不計(jì)，也沒有接觸不良的隱患，噪音小，容易控制手感，可以制造出高質(zhì)量的鍵盤容易控制手感，可以制造出高質(zhì)量的鍵盤工藝較機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜工藝較機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)

3、雜 電容式傳聲器傳聲器（傳聲器（MicrophoneMicrophone）俗稱話筒）俗稱話筒( (麥克風(fēng)麥克風(fēng)) )，是一種，是一種聲電換聲電換能器件能器件，可分，可分電動(dòng)電動(dòng)和和靜電靜電兩類兩類目前廣播、電視和娛樂等方面使用的傳聲器，絕大多數(shù)是目前廣播、電視和娛樂等方面使用的傳聲器，絕大多數(shù)是動(dòng)動(dòng)圈式圈式和和電容式電容式。 駐極體電容傳聲器駐極體電容傳聲器大膜片電容傳聲器大膜片電容傳聲器電容式傳聲器3.5 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器 3.5.1 3.5.1 電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理 n S 極板相對覆蓋面積；n d 極板間距離；n電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；n0真空介

4、電常數(shù)， 0 8.85pF/m；nr 相對介電常數(shù)。dS用兩塊金屬平板作電極可構(gòu)成電容器,當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容C為:0rssCdd 電容式傳感器的三種類型電容式傳感器的三種類型變面積變面積(S)(S)型型: 變極距變極距( (d）型型: 變介電常數(shù)變介電常數(shù)()型型:1.1.變面積型電容傳感器變面積型電容傳感器當(dāng)動(dòng)極板相對于定極板沿著長度方向平移x時(shí)，其電容量為：0b-b1 C1 ddxxxCdb CC0C K000axaxxCxC電容量電容量C與直線位移與直線位移x呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。 其測量靈敏度為 ： （1）電容式線位移傳感器）電容式線位移傳感器 初始狀態(tài)下，x=0,0Cbad1

5、.1.變面積型電容傳感器變面積型電容傳感器（2）電容式角位移傳感器）電容式角位移傳感器 00sCd000(1)sCCCd初始狀態(tài)，=0時(shí)， 當(dāng)動(dòng)極板順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度時(shí)，傳感器電容量傳感器電容量C與角位移與角位移呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系 其測量靈敏度為 ：0C K C 2.變極距型電容傳感器變極距型電容傳感器00sCd初始電容間距減小d時(shí)，電容量000000C1 C= C11ssCddddddd 0dd C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如右圖所示:3.5.3. 測量電路測量電路 （2 2）脈寬調(diào)制電路）脈寬調(diào)制電路uAB 經(jīng)低通濾波后，就可得到一直流電壓UO。 1212112121211OUTTTTUTTTUT

6、TTUUUBA式中UA、UBA點(diǎn)和B點(diǎn)的矩形脈沖的直流分量；T1、T2 分別為C1和C2的充電時(shí)間； U1觸發(fā)器輸出的高電位。3.5.3. 測量電路測量電路 （2 2）脈寬調(diào)制電路）脈寬調(diào)制電路設(shè)電容C1和C2的極間距離和面積分別為d1、d2和S1、S2 差動(dòng)變極距型差動(dòng)變面積型 210121ddUUdd120121SSUUSS差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動(dòng)式電容式傳感器，并具有理論上的線性特性 3.6 霍爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì) 電子在運(yùn)動(dòng)過程中，在磁場作用下受到洛侖茲力的作用，向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使該側(cè)形成負(fù)電荷的積累，另一側(cè)則形成正電荷的積累。這樣因電荷積累而建立一個(gè)電場。 在置于磁場中的導(dǎo)體或

7、半導(dǎo)體里通入電流，若電流與磁場垂直，則在與磁場和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。3.6.1 3.6.1 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)dIBRUHH霍爾元件的特性常用靈敏度KH表示dRKHHIBKUHH3.6.2 3.6.2 霍爾式壓力計(jì)工作原理霍爾式壓力計(jì)工作原理 IBKUHH3.6 霍爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì)1管接頭；2基座；3膜盒；4杠桿；6霍爾元件；7磁鐵3.6.3 3.6.3 霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償 霍爾式壓力計(jì)的誤差有兩部分，一是彈性元件的變換誤差；一是霍爾元件的變換誤差。 一、不等位電勢及補(bǔ)償 不等位電勢的產(chǎn)生有兩個(gè)原因，如圖所示。 3.6 霍

8、爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì)(1)加工工藝不能絕對保證引出電極在同一個(gè)等位面；(2)材料不均勻，造成等位線不均勻。幾種補(bǔ)償電路 3.6.3 3.6.3 霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償 3.6 霍爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì)二、霍爾電勢的溫度系數(shù) 主要是溫差電勢和靈敏度系數(shù)隨溫度變化兩種 情況。 三、溫度對內(nèi)阻的影響 四、溫度補(bǔ)償 霍爾元件輸入電阻和霍爾電勢的溫度系數(shù)均為正的效果較好的補(bǔ)償電路圖。實(shí)際測量中，要求較高時(shí)，常采用恒溫方法。 3.6.3 3.6.3 霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償 3.6 霍爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì)3.6.3 3.6.3 霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償

9、霍爾式壓力計(jì)的誤差及補(bǔ)償 3.6 霍爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì)該電路具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ埽?dāng)溫度上升時(shí)，霍爾元件Rit的電阻增加，同時(shí)霍爾電勢也具有正溫度系數(shù)，只要選擇合適，就可以自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。LiHRRUI0在0度時(shí)，輸出回路電流：負(fù)載RL的電壓降為：HLiLLLURRRIRU0當(dāng)溫度為t時(shí)，回路電流為：LiHLitHttRtRtURRUI11負(fù)載RL的電壓降為：LiHLtLLtRtRtURIRU11如果要求完全補(bǔ)償：LiHLHLiLRtRtURURRR11iLRR-霍爾電動(dòng)勢溫度系數(shù)-霍爾片輸出阻抗溫度系數(shù) 霍爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì) 3.6 霍爾式壓力計(jì)霍爾式壓力計(jì)3.7 3.7 電子稱電子稱 3.7.13.7.1 電子稱的原理 電子稱的核心部件是稱重傳感器。稱重傳感器把機(jī)械力轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大處理后，或顯示，或輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。圖是一個(gè)比較簡單稱重系統(tǒng)框圖。 3.7.2