課程設(shè)計電容傳感器測紙張厚度

1、word目錄摘要-2一、設(shè)計要求-3二、EWB軟件的使用-3三、相關(guān)器件介紹及靈敏度-3四、電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式-5五、電路原理分析-6六、測量結(jié)果-11七、個人工作-11八、課程設(shè)計心得-11摘要傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。傳感器是將能夠感受到的及規(guī)定的被測量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量輸入量的局部；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感受的或響應(yīng)的被探測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號的局部。電容式傳感器不但廣泛應(yīng)用于位移、振動、角度、加速度等機械量的精密測量而且還逐步地擴大應(yīng)用

2、于壓力、差壓、液面、料面、成分含量等方面的測量。根據(jù)可以把電容傳感器分為極距變化型電容傳感器、面積變化型電容傳感器、介質(zhì)變化型電容傳感器。根據(jù)實際不同的需求，可以利用不同的電路來實現(xiàn)所需要的功能。電容式傳感器的特點：1小功率、高阻抗。電容傳感器的電容量很小，一般為幾十到幾百微微法，因此具有高阻抗輸出；2小的靜電引力和良好的動態(tài)特性。電容傳感器極板間的靜電引力很小，工作時需要的作用能量極小和它有很小的可動質(zhì)量，因而具有較高的固有頻率和良好的動態(tài)響應(yīng)特性；3本身發(fā)熱影響小4可進行非接觸測量。紙張厚度測量是基于變介電常數(shù)電容傳感器的一種精密測量，它可以實現(xiàn)簡單的厚度測量，根據(jù)電容電路的特性分析可以知

3、道所測紙張的厚度。關(guān)鍵字：電容傳感器敏感元件高阻抗紙張厚度測量一、設(shè)計要求利用變介電常數(shù)電容傳感器為根本的控制核心，實現(xiàn)簡單的紙張厚度的測量的功能。2、 EWB軟件的使用ElectronicsWorkbench(簡稱EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。使用步驟：放置器件，并調(diào)整其位置和方向設(shè)置器件屬性連接電路觀察實驗現(xiàn)象，保存電路及仿真結(jié)果三、相關(guān)器件介紹所需元件清單：1信號發(fā)生器5V交流電源，頻率100HZ2儀用放大器AD620一個31.5PF電容一個4自制0.9PF電容一個5電壓表一個0-10V6開關(guān)一個7A4紙假設(shè)干張信號發(fā)生器：信號發(fā)生器是一種能提供各種頻率、波形和輸出電平電信號，

4、常用作測試的信號源或鼓勵源的設(shè)備。利用信號發(fā)生器可以后的測量電路所需要的100HZ、5V的電壓。運算放大器：可以對電信號進行運算，一般具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的放大器。利用放大器可以對電信號進行放大。自制電容參數(shù):極板面積9，極板間距近似a=8.85mm，網(wǎng)上查詢資料得紙張的相對介電常數(shù)=24，本說明中取居中=3，紙張厚度d=0.075mm，自制電容如以下圖所示。靈敏度：傳感器的靈敏度是指傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入的變化量之比即為其靜態(tài)靈敏度，靈敏度表達式對于線性傳感器，其靈敏度為常數(shù)，也就是傳感器特性曲線的斜率。對于非線性傳感器，靈敏度是變量，其表達式為一般要求傳感器的

5、靈敏度較高并在滿量程內(nèi)是常數(shù)為佳，這就要求傳感器的輸出輸入特性為直線線性。自制電容的相對變化量：式中：，為靈敏度因子和非顯性因子。四、電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，通過電容傳感元件，將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為物理量的變化。因此電容式傳感器的根本工作原理可以用圖1-1所示的平板電容器來說明。當忽略邊緣效應(yīng)時，平板電容器的電容為1-1式中：S極板面積；極板間距離；真空介電常數(shù)，=8.85；相對介電常數(shù)；電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。當極板面積S、極板間間距保持不變，而插入相對介電常數(shù)為的介質(zhì)，此時構(gòu)成的電容傳感器為變介電常數(shù)電容傳感器，保持介電常數(shù)不變而改

6、變介質(zhì)的厚度，如以下圖所示。1-2式中:S測量電容的極板面積；a測量電容的極板間距離；d插入電容的測量紙張的厚度；真空介電常數(shù)，=8.85；紙張的相對介電常數(shù)；五、電路原理分析電路原理圖根據(jù)放大器原理可以得出即即輸出電壓與紙張的厚度成線性比例關(guān)系。因為輸入電壓為交流電源，輸出電壓為交流電壓的有效值，那么根據(jù)以上公式帶入測量參數(shù)得當電容極板間沒有放入紙張時，可以得到電容此時電壓表輸出電壓為如圖當極板間放入一張紙時，此時的電容為輸出電壓為如圖相對于沒有放紙時的電壓變化當極板間放入2張紙時，電容大小變?yōu)榇藭r的輸出電壓為如圖相對于放一張紙時的電壓變化假設(shè)放入電容極板間的紙張的數(shù)目未知，設(shè)為N張那么電路

7、的輸出電壓為此時相對沒有放入紙張時的變化電壓為所以插入A4紙的張數(shù)為因為電壓表顯示的是電路的有效電壓值，所以輸出電壓是穩(wěn)定的，在此繪制輸出電壓與插入紙張的線性特性曲線圖。由于輸出電壓與紙張的厚度成線性比例關(guān)系，所以其靈敏度為常數(shù)，也就是輸出電壓的特性曲線的斜率，即靈敏度為誤差分析：由于沒有進行實際電路操作，故沒有方法進行誤差分析。消除誤差的方法有1、消除和減少邊緣效應(yīng)設(shè)計帶保護環(huán)的電容傳感器；2、提高設(shè)計結(jié)構(gòu)的絕緣性能；3、消除和減少寄生電容的影響增加傳感器的原始電容值；集成化；運算放大器法；采用“驅(qū)動電纜技術(shù)。六、測量結(jié)果根據(jù)上述先行表達式，繪制以下一一對應(yīng)表格七、個人工作本次課程設(shè)計，前兩天我一邊查詢有關(guān)關(guān)于課題方面的資料，一邊學習EWB軟件的使用，之后我用EWB軟件仿真模擬了調(diào)頻測量電路、交流電橋測量電路、運算放大器式測量電路二極管雙T型交流電橋，由于我個人能力有限，在調(diào)試測量電路時，發(fā)現(xiàn)輸出的電壓有很大區(qū)別，綜合各方面的考慮，最終選擇了簡單方便的運算放大器測量電路。確定好電路之后，我開始對電路參數(shù)進行調(diào)試，并運用課本知識計算自制電容大小，什么樣的、多大的電容適宜。做好電容之后，開始分析電路，得出處理方法和結(jié)果，最后撰寫課程設(shè)計說明書。八、課程設(shè)計心得課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓練，經(jīng)過兩周的課程設(shè)