電容式稱重傳感器課程設(shè)計(jì)(共13頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)東北石油大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 2012 年 6 月 25課 程 傳感器課程設(shè)計(jì) 題 目 電容式重量傳感器設(shè)計(jì) 院 系 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)任務(wù)書(shū)課程課程 傳感器課程設(shè)計(jì)傳感器課程設(shè)計(jì)題目題目 電容式重量傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)電容式重量傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓名 學(xué)號(hào) 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：電容式重量傳感器：設(shè)計(jì)的傳感器根據(jù)受壓不同，輸出信號(hào)不同。本設(shè)計(jì)要求完成重量傳感器的設(shè)計(jì)，采用電容式設(shè)計(jì)電路。電容式稱重傳感器的原理：電容式稱重傳感器是把被稱物體重量轉(zhuǎn)換為電容容

2、量變化的一種傳感器。通常為差動(dòng)變間距電容式稱重傳感器，采用調(diào)頻電路，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器?；疽螅夯疽螅?、按照技術(shù)要求，設(shè)想不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行比較。2、利用電容的特性設(shè)計(jì)出一種稱重的應(yīng)用電路。3、說(shuō)明所用傳感器的基本工作原理、畫出應(yīng)用電路電路圖。主要參考資料：主要參考資料：1 黃賢武.傳感器原理與應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2004.38-50.2 李剛，林凌.現(xiàn)代測(cè)控電路M.北京:高等教育出版社，2004.50-62.3孟立凡，鄭賓.傳感器原理與技術(shù)M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.68-83.4 沙占友.集成傳感器應(yīng)用M.北京：中國(guó)電力出版社，2005.125-

3、144.完成期限 2012.6.252012.6.29 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2012 年 6 月 25 日精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘 要電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置，它本身就是一種可變電容器，由于這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，分辨率高，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于位移、加速度、振動(dòng)、壓力、壓差、液位、檢測(cè)領(lǐng)域。此文就以電容式重量傳感器來(lái)研究。本文介紹了電容式重量傳感器的結(jié)構(gòu)，以及其測(cè)量電路，分析電容稱重傳感器的特性和相關(guān)參數(shù)選取，通過(guò)一系列的資料查詢所得結(jié)果表明該電容式重量傳感器具有很好的穩(wěn)定性、重復(fù)性

4、和無(wú)滯后性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：電容式傳感器；稱重；差動(dòng)；放大；精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目 錄一 、設(shè)計(jì)要求及用途 .1二、方案設(shè)計(jì) .1方案一：電阻應(yīng)變式稱重傳感器 .1方案二：電感式稱重傳感器 .2方案三：電容式重量傳感器 .2三、電容式傳感器工作原理 .2四、電路的工作原理 .3五、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇 .31、單元電路設(shè)計(jì) .32、器件選擇 .43、元器件清單 .5六、總結(jié) .6精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電容式重量傳感器設(shè)計(jì)一 、設(shè)計(jì)要求及用途設(shè)計(jì)的電容式重量傳感器電路，當(dāng)被稱重物差動(dòng)改變電容的間距而使電容發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻

5、率發(fā)生相應(yīng)變化，在鑒頻器上變換為振幅的變化，經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成一個(gè)直流的高電平信號(hào)輸出，在稱重儀表顯示。要求設(shè)計(jì)的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，適應(yīng)性強(qiáng)，體積小，靈敏度高，分辨率高等特點(diǎn)。重量傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、安全過(guò)載報(bào)警、材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域。如電子汽車衡、電子臺(tái)秤、電子叉車、動(dòng)態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。二、方案設(shè)計(jì)目前稱重傳感器的敏感元件的類型主要有應(yīng)變片、電容、電感等。針對(duì)敏感元件的不同可以將稱重傳感器的設(shè)計(jì)分為下面三種不同的設(shè)計(jì)方案：方案一方案一：電阻應(yīng)變式稱重傳感器電阻應(yīng)變式稱重傳感器電阻應(yīng)變

6、式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流） ，從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。公式電阻應(yīng)變式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，測(cè)量范圍廣壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱。圖 1 應(yīng)變式稱重原理框圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)方案二方案二：電感式稱重傳感器電感式稱重傳感器在電感式壓力

7、傳感器中，首先用彈性元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移，再用電學(xué)的方法將位移轉(zhuǎn)換成自感或互感系數(shù)的變化，最后由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與被測(cè)壓力成正比的電流或電壓輸出。電感式的工作原理是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同，當(dāng)壓力作用于膜片時(shí)，氣隙大小發(fā)生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個(gè)電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號(hào)輸出，從而達(dá)到測(cè)量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種:變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、測(cè)量范圍大；缺點(diǎn)就是不能應(yīng)用于高頻動(dòng)態(tài)環(huán)境。 圖 2 電感式稱重原理框圖方案三方案三：電容式重量傳感器電容式重量傳感器電容式傳感器是按照兩塊平行極板之間的極距、面積或

8、介質(zhì)的變化引起相應(yīng)的電容的變化這一原理來(lái)稱重的。電容式稱重傳感器主要是基于外加載荷改變電容平行極板的間隙來(lái)改變電容這一原理上的，在通過(guò)測(cè)量電路將電容的變化轉(zhuǎn)換成頻率量。電容式稱重傳感器有著自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：能耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，電路簡(jiǎn)單，輸出數(shù)字信號(hào)，簡(jiǎn)化了二次儀表的開(kāi)發(fā)，體積小，重量輕。同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn)，本身工作電容較低，寄生電容有時(shí)大于工作電容，抗干擾能力差。近來(lái)科技的發(fā)展，使得電容傳感器能與放大電路、振蕩電路做在一起，減少了干擾和分布電容對(duì)之的影響，精度有所提高，使電容器愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。圖 3 電容式稱重原理框圖三、電容式傳感器工作原理 電容式稱重傳感器的原理：電容式稱

9、重傳感器是把被稱物體重量轉(zhuǎn)換為電容容量變化的一種傳感器。通常為差動(dòng)變間距電容式稱重傳感器，采用調(diào)頻電路，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。當(dāng)被稱重物差動(dòng)改變電容的間距而精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)使電容發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率發(fā)生相應(yīng)變化，在鑒頻器上變換為電壓振幅的變化，經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成一個(gè)直流的高電平信號(hào)輸出，在稱重儀表顯示。這時(shí)，可以通過(guò)電壓的變化測(cè)出相應(yīng)的重量。四、電路的工作原理圖 4 電容式稱重傳感器原理圖電容式稱重傳感器是把被稱物體重量轉(zhuǎn)換為電容容量變化的一種傳感器。通常為差動(dòng)變間距電容式稱重傳感器，采用調(diào)頻電路，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。若 Cx1=Cx2

10、,因兩電容上疊加的交流電壓值相等但相位相反，則U0=0。若 Cx1Cx2，因兩電容上疊加的交流電壓值不等相位相反，則 U00，即橋路有輸出電壓。當(dāng)被稱重物差動(dòng)改變電容的間距而使電容量發(fā)生變化時(shí)，R1 前的電壓變化，經(jīng)過(guò)有 A1 構(gòu)成的濾波器后，由 A2 和 R3，R4，Rf 構(gòu)成的運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，從而得到一個(gè)可用輸出信號(hào)，根據(jù)輸出電壓的大小，可以計(jì)算出電容的變化量，進(jìn)而測(cè)出所受重量。五、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇1、單元電路設(shè)計(jì)（1）電容傳感器轉(zhuǎn)換電路圖 5 轉(zhuǎn)換電路精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖中 Cx 為電容傳感器，差動(dòng)接法時(shí)，若 Cx1=Cx2,因兩電容上疊加的交

11、流電壓值相等但相位相反，則 U0=0。當(dāng)受到重量作用時(shí)，電容的極距會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致 Cx1Cx2，因兩電容上疊加的交流電壓值不等相位相反，則 U00，即電路有輸出電壓。通過(guò)這種方法，可以將受力導(dǎo)致的電容的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓量的變化。（2）濾波電路圖 6 濾波電路電路所示是一個(gè)反 相輸入的一階低通濾波器，濾波電路盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。(3)運(yùn)算放大電路圖 7 運(yùn)算放大電路圖中所示的是一個(gè)反相的運(yùn)算放大電路，其作用主要是要將原輸出信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，以便更好的測(cè)量。電路的放大倍數(shù)為-Rf/R1，選擇適當(dāng)?shù)碾娮?，即可得?/p>

12、想要的放大倍數(shù)。2、器件選擇Rl-R4 選用 1/4W 金屬膜電阻器或碳膜電阻器。Rf1 和 Rf2 選用超小型合成碳膜電位器或可變電阻器。Cx1、Cx2 均選用耐壓值為 l6V 的鋁電解電容器，C 選用高頻瓷介電容器或玻璃釉電容器。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)變壓器和可變電容器 Cx1、Cx2 構(gòu)成電容傳感器轉(zhuǎn)換電路，將電容的改變值轉(zhuǎn)換為電壓值。R1、R2、Rf1、A1 與 C 構(gòu)成一階低通濾波器。R4、R3、Rf2 與 A2構(gòu)成運(yùn)算放大器。3、元器件清單表 1 元器件清單編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量Cx1可變電容 1220 u/10V 1Cx2可變電容 2220 u/10V 1C電解電容

13、0.01 u 1R1 固定電阻 1680 1R2 固定電阻 2680 1R3 固定電阻 3680 1R4 固定電阻 4680 1Rf1 可調(diào)電阻 1200K 1Rf2 可調(diào)電阻 2200K 1精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)六、總結(jié)隨著技術(shù)的進(jìn)步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè),實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、正確的稱量，特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷進(jìn)步，稱重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必須的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳

14、感器，目前，稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。雖說(shuō)電容式傳感器有些缺點(diǎn)，例如輸出具有非線性，寄生電容的影響往往降低傳感器的靈敏度等。但是它的優(yōu)點(diǎn)更為明顯：功率小、阻抗高；靜電引力小、動(dòng)態(tài)特性良好；和電阻式傳感器相比，電容式傳感器本身發(fā)熱影響?。豢蛇M(jìn)行非接觸測(cè)量；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，可以在溫度變化比較大或具有各種輻射的惡劣環(huán)境中工作，因此電容式傳感器具有很好的應(yīng)用前景。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了好多資料，解決電容式測(cè)重的設(shè)計(jì)要求，在將電容的變化量轉(zhuǎn)換為頻率變化和頻率/電壓轉(zhuǎn)換的過(guò)程中遇到了很大的困難，自己所學(xué)的知識(shí)不能解決這個(gè)問(wèn)題，后來(lái)通過(guò)翻閱相關(guān)知識(shí)，才解決了這些問(wèn)題。雖說(shuō)這個(gè)課程對(duì)自己來(lái)說(shuō)有些難度，但是通過(guò)它，我提高了自己自學(xué)的能力，了解了一些原來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí)，收獲還是挺大的。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)參考文獻(xiàn)1 黃賢武，鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2004.38-50.2 李剛，林凌.現(xiàn)代測(cè)控電路M.北京：高等教育出版社，2004.50-62.3 張洪潤(rùn).傳感器技術(shù)大全M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.4 沙占友.集成