《機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù)》課件 第18課 第八章 8.4 電容式傳感器

機(jī)械工程測(cè)試與控制技術(shù)第八章

常用傳感器8.1傳感器概念8.2電阻式傳感器8.3電感式傳感器8.4電容式傳感器8.5壓電式傳感器8.6磁電式傳感器8.7霍爾式傳感器8.8熱電偶傳感器8.9光電式傳感器8.4電容式傳感器定義：將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換為電容變化的傳感器電容傳感器特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分辨率高，工作可靠可非接觸測(cè)量，可在惡劣環(huán)境下工作測(cè)量的物理量位移壓力液位介質(zhì)敏感元件、轉(zhuǎn)換元件電容CA工作原理在忽略邊緣效應(yīng)的情況下，平行極板電容器的電容量基本類型變極距δ：位移變面積A：位移、壓力（差動(dòng)）變介質(zhì)ε：介電常數(shù)δAεUQr8.4電容式傳感器變極距式兩極板在被測(cè)對(duì)象作用下發(fā)生位移δ變化時(shí)變極距型電容傳感器的靈敏度是非線性的極距愈小，靈敏度愈高,受擊穿電壓的限制，一般極距取0.1～1mm左右；減小非線性誤差，選擇初始距離δ;微小位移量的測(cè)量；非接觸測(cè)量。r8.4電容式傳感器變極距式差動(dòng)方式兩個(gè)變極距電容傳感器，被測(cè)位移使動(dòng)片變化，引起極距差動(dòng)變化，兩個(gè)輸出電容也差動(dòng)變化，提高測(cè)量靈敏度。差動(dòng)電容傳感器通常均接成電橋進(jìn)行放大:電橋的相鄰兩個(gè)橋臂

動(dòng)片定片定片δδ8.4電容式傳感器變面積式：相對(duì)面積變化輸出特性：線性測(cè)量1cm～10cm中等大小的位移靈敏度減小極距δ可提高靈敏度差動(dòng)方式：提高靈敏度8.4電容式傳感器變介質(zhì)式輸出特性：線性靈敏度增加面積A、減小極距δ可提高靈敏度應(yīng)用液位高低介電常數(shù)內(nèi)圓筒外圓筒介質(zhì)8.4電容式傳感器傳感器優(yōu)點(diǎn)輸入能量小而靈敏度高精度高達(dá)0.01%動(dòng)態(tài)特性好，適合測(cè)量動(dòng)態(tài)參數(shù)能量損耗小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性好（高溫、輻射等）傳感器缺點(diǎn)電纜分布電容影響大8.4電容式傳感器電容式轉(zhuǎn)速傳感器flash動(dòng)畫演示8.4電容式傳感器應(yīng)用電容式傳感器的等效電路并聯(lián)電阻RP代表極板間泄漏電阻和介質(zhì)損耗，低頻時(shí)影響較大串聯(lián)電阻RS表征引線電阻、極板電阻，通常很小，它隨頻率增高而增大，只有在極高工作頻率時(shí)才考慮電感L包括電容器本身電感和外部接線電感諧振頻率：幾十兆赫工作頻率應(yīng)低于諧振頻率（一般選為諧振頻率的1/2～1/3）8.4電容式傳感器應(yīng)用電容測(cè)量的幾點(diǎn)考慮抗干擾：電容量很?。◣讉€(gè)pF~幾十個(gè)pF），易受外界電場(chǎng)的干擾，這樣，就要求采用輸入阻抗高，噪聲低的前置放大器，引出線應(yīng)盡量短，采用屏蔽線，而且屏蔽線與殼體及可動(dòng)電極應(yīng)有可靠的接地，以盡量減小外電場(chǎng)的干擾應(yīng)正確選擇極板間的絕緣材料，通常要求絕緣電阻在100MΩ以上，以減小漏電阻對(duì)測(cè)量精度的影響環(huán)境溫度：采用補(bǔ)償電橋以抵消介電常數(shù)隨溫度的變化,盡量選擇膨脹系數(shù)低的材料制造電容式傳感器，以減小尺寸隨溫度的變化8.4電容式傳感器應(yīng)用電容式壓差傳感器結(jié)構(gòu)：變間隙差動(dòng)方式電容傳感器固定極板:兩個(gè)凹面鍍金的玻璃圓盤可動(dòng)電極:一個(gè)金屬(不銹鋼)膜片當(dāng)p1≠p2時(shí)，膜片彎向一側(cè)，那么兩個(gè)差動(dòng)電容一個(gè)增大、一個(gè)減小，且變化量大小相同當(dāng)壓差反向時(shí)，差動(dòng)電容變化量也反向特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，響應(yīng)速度快(約100ms)，能測(cè)微小壓差(0～0.75Pa)