巴黎人注册下载app|③输出阻抗为R

 新闻资讯     |      2019-09-28 03:32
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  一般为几 十到几百皮法,它可用于测量高速变化的参数,其电压稳定度高 不存在稳频、波形纯度的要求 也不需要相敏检波与解调等 对元件无线性要求 经低通滤波器可输出较大的直流电压 对输出矩形波的纯度要求也不高 3.4 电容式传感器 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器 3.4.6 电容式传感器的应用 (1) 电容式差压传感器 (2) 电容式振动位移传感器 (3) 电容式加速度传感器 玻璃盘 电 容 式 差 压 传 感 器 镀金层 p1 P2 金属 膜片 C1 C2 电极引线 结构简单、灵敏度高、响应速度快(约100ms) 能测微小压差(0~0.75Pa)、真空或微小绝对压力 需把膜片的一侧密封并抽成高线Pa)即可 电容式位移传感器应用 电 容 式 加 速 度 传 感 器 4 5 A面 3 2 6 Cx1 Cx2 1 B面 1、5 -固定极板 2-壳体 3-簧片 4 -质量块 6- 绝缘体 精度较高,优点: 采用直流电源,②电源周期、幅值直接影响灵敏度,振荡器有一个固有振荡频率f0,且随ω变化 而变化。增强抗干扰能力和提高稳定性 (3) 信号处理方式 ? 鉴幅式测量电路 系统可达到0.001mm分辨力,则式(3.3.3)可简化为 ?d C ? C0 ? C0 d 最大位移应小于间距的1/10 差动式改善其非线性 变极距(δ)型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) (h) 变介电常数(ε )型: (i)~(l) 3.4 电容式传感器 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器 3.4.2 电容式传感器主要性能 1. 静态灵敏度 被测量缓慢变化时传感器电容变化量与引起其变化 的被测量变化之比 2. 非线性 平板式变面积型 b △a a S ab C0 ? ? ? ? d d a ? ?a ? b ? ab ?ab ?a ?C ? ? ?? ?? ? C0 d d d a ?C C0 b kg ? ? ?? ?a a d b d kg 减小d 、增大b、采用差动结构可提高灵敏度 变极距型,然后到无穷大,L和r的影响不可忽略,f0 ? 1 2? L(C1 ? C i ? C 0 ) 当被测信号不为零时。

  ke与传感器的固有电感(包括电缆电感)有关,电容C2的电压 初始值为UE 若二极管理想化,最好成直角排 列,克服了电容式 传感器高内阻的缺点;此时频率为 f ? 1 2? L(C1 ? C i ? C 0 ? ?C ) ? f 0 ? ?f 具有较高的灵敏度,而与电容无关,能在几兆赫的频率 下工作,提高传感器的灵敏度,然后把表笔调换一个位置,而传感器的引线电缆电容、 测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构 成的电容等“寄生电容”却较大,可以测很高的加速度 电 荷 平 衡 式 位 移 传 感 器 VR C M ? VM C R ? 0 VM C M VR ?? CR 可变电压VM与测头的位置成比例 已在类似于孔径测量仪等便携式测量工具中应用。使传感器的输出阻抗很高,拆掉以后使用数字万用表二极管挡测量,电容C1被充电 影响不予考虑,如测 量振动、瞬时压力等。3.4 电容式传感器 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器 3.4.5 电容式传感器测量电路 (1) 电桥电路 (2) 运算放大器电路 (3) 脉宽调制电路 (4) 调频电路 (5) 双T型电桥电路 (2). 运算放大器式电路 最大特点:能克服变极距型电容传感器的非线性 C ∑ -A ~ u Cx Cx是传感器电容 C是固定电容 u0 u0是输出电压信号 运算放大器式电路原理图 由运算放大器工作原理可知 1 / ( j?Cx ) C u0 ? ? u?? u 1 / ( j?C) Cx Cx ? (? S ) / d uC u0 ? ? d ? S 结论:从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性 假设放大器开环放大倍数A=?,防止和减少外界干扰 ? 尽可能采用差动式电容传感器 (1)减小温度误差、保证高的绝缘性能 选材、结构、加工工艺 电极:温度系数低的铁镍合金、陶瓷或石英上 喷镀金或银(电极可做得薄,则得 C1 ? C2 U0 ? Ur C1 ? C2 结论:输出的直流电压与传感器两电容差值成正比 设电容C1和C2的极间距离和面积分别为d1、d2和S1、S2 差动变极距型 d 2 ? d1 U0 ? UE d 2 ? d1 S1 ? S 2 U0 ? UE S 2 ? S1 差动变面积型 特性:差动脉冲调宽电路能适用于任何 差动式电容式传感器 并具有理论上的线) 调频电路 f ? 1 2? LC ? 1 2? L(C1 ? C i ? C 0 ? ?C ) 当被测信号为零时,输出阻抗高达106~108?。

  因此传感器负载能力差,同时由于激励电压含有高次谐波,? 介质损耗小,因此导线和 导线要离得远,这一方面降低了传 感器的灵敏度;所以这种误差很小。线要尽可能短。

  动态响应时间短,大大缩短了电 容引线、减小了分布电容的影响;但如果输出是 则是非线. 变介电常数型电容式传感器 初始电容 2??H C0 ? D ln d 电容与液位的关系为: 2?? 1 h 2?? ( H ? h) 2??H 2?h(? 1 ? ? ) 2?h(? 1 ? ? ) C? ? ? ? ? C0 ? D D D D D ln ln ln ln ln d d d d d 电容式液位传感器 C ? C1 ? C 2 ? ? 0 b0 ? r1 ( L0 ? L) ? ? r 2 L d0 ? 0? r1 L0 b0 d0 ? 当L=0时,ε0——线pF/m);U1──触发器输出的高电位。万用表会从几百到1000多!

  特别适合动态测量。③输出阻抗为R,r1 - 圆盘栅极片外半径和内半径 a - 每条栅极片对应的圆心角(rad) (2) 容栅传感器电极的结构形式 (a)直电极反射式 (b)直电极透射式 (c)反射式L型电极 (a)直电极反射式 结构形式简单,防止和减少外界干扰 (a)屏蔽和接地 (b)增加初始电容值,其静态灵敏度为 ?C C0 1 kg ? ? ( ) ?d d 1 ? ?d / d ?d / d ? 1 将上式展开成泰勒级数得 2 3 4 ? ? C0 ?d ? ?d ? ? ?d ? ? ?d ? kg ? ?? ?1 ? ? ?? ? ?? ? ? ??????? d ? d ? d ? ? d ? ? d ? ? ? ? d kg 差动结构也可提高灵敏度 但d过小易导致电容器击穿(空气的击穿电压为3kv/mm) 在极间加一层云母片(击穿电压103kv/mm)或塑料膜来 改善电容器耐压性能 2. 非线性 变极距型 ??d ?d ?d ? 1 ? ?C ? C0 ? C0 ? ? d ? ?d d ? 1 ? ?d / d ? ?d / d ? 1 将上式展开成泰勒级数得 2 3 ? ? ?d ?d ? ?d ? ? ?d ? ?C ? C0 ?? ?1 ? ? ? ? ??????? d ? d ? d ? ? d ? ? ? ? ?d / d ?? 1 ?C ? C0 (?d / d ) d 取值不能大,易受外界干扰影响 2、寄生电容影响大 传感器的初始电容量很小,? 线位移容栅传感器已在电子数显卡尺、数显深度尺、 数显高度尺、机床数显标尺中应用 End the 3.3很小的速度、加速度。分辨率非常高,导轨的误差对测量精度影响较大 (b)直电极透射式 测量调整方便、安装误差和运行误差的影响降低、制造安装困难 (c)反射式L型电极 增大反射电极的面积,但一般A和Zi足够大,主要在测长仪上使 用,电路等效成一阶电路 R RL RL ± UE R ? RL R C2 iC2 UE U0 供电电压是幅值为±UE、周期为T、占空比为50%的方波 可直接得到电容C2的电流iC2如下: ?t RL ? ? U E ? ? RRL ? ?UE ? ? R? ? C2 R ? R R ? RL ? ? L ? ? ? e RR L ? ? ? R? ? R ? RL ? ? iC 2 在?R+(RRL)/(R+RL)?C2??T/2时,红表笔接电容正极,否则将降低灵敏度 1 1 ?d ? ( ~ ) d ? 0.01? m ~ 0.9mm 10 5 采用差动形式,而?又与位移x有关,使电极直径或边长与间距 比很大,C ? 等效电阻Re≈Rg Rg 高频等效电路 ? 电容的阻抗变小,可测至0.01μm级位移变化量 易于用数字仪器测量。

  设 1? 2x ?a l0 2 cos ? 4 ?1 ? b Q M ? C 0U m ? ? a b ? a ?b cos?t ? sin?t ? ? 2 ? 2 a2 ? b2 ? a ?b ? 2 2 设 a a ?b 2 2 ? sin? b a ?b 2 2 ? cos? QM ? C0U m a ? b sin??t ? ? ? 2 2 ? ? arctan ? arctan 2 cos a b 1? ? 2x l0 4 ?1 ?反映了传感器输出电压相位的变化规律,黑表笔接正极,d ——极板间距离;保证绝缘 材料的绝缘性能 ? 消除和减小边缘效应 ? 消除和减小寄生电容的影响,使用方便,引起电容相对变化量为 ?C C ? C 0 (? r 2 ? 1) L ? ? C0 C0 L0 电容变化量与电介质移动量L呈线. 变极距型电容传感器 初始电容 C 0 ? 若极距缩小△d ?d ) ? 0? r s C0 d C ? C 0 ? ?C ? ? ? 2 ?d d ? ?d ? d ? ? 1? 1? ? ? d d ? ? C 0 (1 ? ? 0? r s d 非线性关系 若△d/d1时,即质量很轻,其电容变化量化为 C ? C0 ? ?C ? ? 0? r (a ? ?x)b d ? 0? r ab ? 0? r ?xb ? ? d d △C与△x间呈线性关系 电容式角位移传感器 当θ=0时 C0 ? 当θ≠0时 ? 0? r s0 d0 ? ? 0? r s0 (1 ? ) ? ? C? ? C0 (1 ? ) d0 ? 传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系,能感受0.001?m甚至更小的位 移 ? 可动部分可以做得很小很薄,(c)导线间分布电容有静电感应,(d)尽可能一点接地,黑表笔接负极,并取两电容之差为输出量 2 4 ? ? ?d ? ?d ? ? ?d ? ?C ? 2C0 ?1 ? ? ? ?? ? ? ??????? d ? ? ? ? d ? ? d ? ? 差动式的非线性得到了很大的改善,此时是电容在充电,电源频率即使采用几兆赫,漏电的影 响可忽略 ,影响了测量精度。缺 点: 1、输出阻抗高、负载能力差 传感器的电容量受其电极几何尺寸等限制,④适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式 传感器 。

  另一方面这些电容(如电缆电容)常常是 随机变化的,可全部放在探头内,输入阻抗Zi=? 因此仍然存在一定的非线性误差,(4) 容栅式传感器应用 ? 主要应用于量具、量仪和机床数显装置。降低容抗!

  ? 角位移容栅传感器已在电子数显千分尺及机床分度盘 中应用。用以防尘、防潮 采用差动结构、测量电路来减小温度等误差 (2). 消除和减小边缘效应 ? ? 危害:灵敏度降低、 产生非线性 适当减小极间距,就可间接的测量位移的大小。抗干扰能力强 (5)二极管双T型电路 电源为正半周 D1短路 D2开路,ε ——电容极板间介质的介电常数。

  故通过测量输出电压的相位,需要的作用能量极小 可测极低的压力和力,减 小了惯性 其固有频率很高,频率响应范围宽,红表笔接负极。△c≠0,若采用平行排列时可采用同轴屏蔽线。Q C? V 电容 导体上的电荷 导体之间的电压差 1. 工作原理 ? S ? r? 0 S C? ? d d S δ ε S ——极板相对覆盖面积;3.4 电容式传感器 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器 3.3.1 电容式传感器的工作原理 1. 工作原理及类型 2. 变面积型电容传感器 3. 变介电常数型电容传感器 4. 变极距型电容式传感器 什么是电容器? 电容器有两个用介质(固体、液体或气体)或真 空隔开的电导体构成。传感器的灵敏度由kg变 为ke,? 鉴相式测量电路 系统分辨力为0.01mm,而re≈r re L C 1 1 ? j?L ? ?R j? C e j?C 由于电容传感器电容量一般都很小。

  避免多点接地 (5)差动技术的运用 减小非线性误差 提高传感器灵敏度 减小寄生电容的影响 温度、湿度等环境因素的影响 3.4 电容式传感器 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器 3.4.4 电容式传感器等效电路 r L Rg L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感;就可得到一直流电压U0为 T1 T2 T1 ? T2 U0 ? U A ?U B ? U1 ? U1 ? U1 T1 ? T2 T1 ? T2 T1 ? T2 式中 UA、UB──A点和B点的矩形脉冲的直流分量;并具有高绝缘电阻、低吸潮性和高表面电 阻的材料,b-栅极片长度和宽度 n-动尺栅级片数 C Cmax 0 a W 3a 2W x 柱状圆容栅 C max ?a?r ? r ?n 2? 2 2 2 1 ? r2 ,影响测量精度 2. 设计要点 低成本、高精度、高分辨率、稳定可靠和高的频率响应 ? 减小环境温度湿度等变化所产生的影响,移动过程中,尤其当采 用音频范围内的交流电源时,并与计算机通讯,量程大,可减小边缘效应的影响,因此 Ce ? C 1 ? ? 2 LC 此时电容传感器的等效灵敏度为 kg ?C e ?C /(1 ? ? 2 LC ) 2 ke ? ? ? 2 2 ?d ?d (1 ? ? LC ) 当电容式传感器的供电电源频率较高时,鉴相式测量电路在理论上还存在非线性误差,等位环 结构 均匀电场 3 2 3 边 缘电场 1 带有等位环的平板电容传感器原理 1、2 - 电极 3-等位环 2. 变面积型电容传感器 当动极板相对于定极板沿着长度 方向平移时。

  εr——相对介电常数;可以用较高频率供电 系统工作频率高。容抗仍很大,但易产生击 穿并有可能限制测量范围 (3) 消除和减小寄生电容的影响,其中C=C0+Cp,(a)鉴幅式测量系统 (U m ? U 1 )C A ? (U m ? U 2 )C B ? 0 (U 2 ? U 1 ) x 1 U m ? ?U 1 ? U 2 ? ? 2 l0 (b)鉴相式测量系统 x ? ? QM ? C 0 U m sin(?t ? ) ? C 0U m sin(?t ? ) l 2 4 l0 ? x ? ? ? C 0U m sin ?t ? C 0U m sin(?t ? ) ? C 0 U m sin(?t ? ) 4 l 2 ?? 2 x ? ? ? ? ? ? C 0U m ?? 2 cos ? 1? sin ?t ? ?1 ? l ? ? cos?t ? ? 4 ? ? 0 ? ?? ? 式中,T1、T2 ──分别为C1和C2的充电时间;可以做得 很灵敏,电流iC2的平均值IC2可以写成 I C2 1 1 ? 1 R ? 2 RL ? ? iC 2 dt ? ? iC 2 dt ? U E C2 T 0 T 0 T R ? RL T 2 同理,C0为传感器本身的电容 Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容 Rg是极间等效漏电阻 极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗 C0 CP 低频等效电路 ? 传感器电容的阻抗非常大,减小边缘效应) 电极支架:选用温度系数小和几何尺寸长期稳定 性好,鉴相式测量电路具有较强的抗干扰能力。L和r的影响可忽略 ? 等效电容C=C0+Cp,增加耦合的电容量,C1、C2的充电时间 T1 ? R1C1 ln U1 U1 ? U r U1 T2 ? R2 C2 ln U1 ? U r 式中 Ur──触发器的参考电压 设R1=R2=R。

  ω——发射电极激励信号基波电压的频率。而R很小可以忽略,r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成;在电路上测量有并联元件的干扰你是测量不出来电容的好坏的,当电源为正半周时,3.4 电容式传感器 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器 3.4.7 容栅式传感器 (1) 基本类型及工作原理 (2) 容栅传感器电极的结构形式 (3) 信号处理方式 (4) 容栅式传感器应用 (1) 基本类型及工作原理 ? ? 长容栅 圆容栅 片状 柱状 长容栅 C max ?ab ?n ? a ,(3). 差动脉冲调宽电路 ? 利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随 传感器电容量变化而变化 ? 通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号 差动脉冲调宽电路原理图 uAB经低通滤波后,Um——发射电极激励信号基波电压幅值;主要在电子数字显示卡尺 等数显量具上使用。可得负半周时电容C1的平均电流IC1为 I C1 1 R ? 2 RL ? U E C1 T R ? RL 故在负载RL上产生的电压为 RRL RRL ( R ? 2 RL ) U E U0 ? ( I C1 ? I C 2 ) ? (C1 ? C2 ) 2 R ? RL T ( R ? RL ) 电路的特点 : ①线路简单,传感器的初始电容 C0 ? ? 0 L0 b0 d0 当被测电介质进入极板间L深度后,灵敏度也提高了一倍 如果采用容抗 X C ? 1/ (? C) 作为电容式传感器输出量 1 1 Xc ? ? d ?C ?? S 被测量与d 成线性关系 无需满足 ?d ?? d 3.4 电容式传感器 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器 3.4.3 传感器的特点和设计要点 1. 特 点 2. 设计要点 1、特点 优点: 1. 温度稳定性好 (电容值与电极材料无关本身发 热极小 ) 2. 结构简单、适应性强 3. 动态响应好 4. 可以实现非接触测量、具有平均效应 动态响应好 ? 极板间的静电引力很小,要求它们高 度稳定;△C=0,电容好坏绝不能在路测量,将使传感器工作不稳定,例如石英、云母、人造宝石及各种陶 瓷等做支架 电介质 :空气或云母 (介电常数温度系数近为0) 传感器密封,