《電容式傳感器》PPT課件(I)

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1、第五章 電容式傳感器§5-1工作原理與特性工作原理電容傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件,將被測(cè)參數(shù)微小變化的信息轉(zhuǎn)換成電容量的變化,然后通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。平板電容為:A??極板面積??極板間距?0??真空介電常數(shù)?r??極板介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)A類型分類變極距型—變極板間距變面積型—變極板面積變介電常數(shù)型—介質(zhì)變化當(dāng)被測(cè)物理量能使式中的ε,A或δ發(fā)生變化,則電容器的電容C就會(huì)改變。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變,就可把另一個(gè)參數(shù)的單一變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化,再通過配套的測(cè)量電路,將電容的變化轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)輸出。電容式傳感器可分為三種基本類型。一、變極距型電容式傳感

2、器變極距型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。如果兩極板間相互覆蓋的面積及極間介電常數(shù)不變,則當(dāng)極距有一微小變化時(shí),引起電容量的變化為:由此可得到傳感器的靈敏度為:在實(shí)際應(yīng)用中常采用差動(dòng)型電容式傳感器。中間極板為動(dòng)片,兩邊極板為定片。當(dāng)動(dòng)片移動(dòng)距離x后,一邊的間隙為δ-x,而另一邊的間隙為δ+x。兩邊電容量的變化通過差動(dòng)電橋疊加,使靈敏度提高了1倍,線性工作區(qū)擴(kuò)大.而且減小了靜電引力給測(cè)量帶來的影響,消除了由于溫度等環(huán)境影響所造成的誤差,工作穩(wěn)定性較好,還能反映被測(cè)位移的方向。一、變極距型電容式傳感器變極距型電容傳感器適用于較小位移(0.01μm至數(shù)百微米)二、變面積型電容式

3、傳感器變面積型電容式傳感器的靈敏度為:角位移型電容式傳感器圓柱線位移型三、變介電常數(shù)型電容式傳感器這是一種利用介質(zhì)介電常數(shù)的變化將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器,在固定的二極板之間加入除空氣以外的其他待測(cè)介質(zhì),或由其他物理量控制的介質(zhì)。當(dāng)介質(zhì)變化時(shí),電容量隨之變化。電容量的大小和被測(cè)材料的厚度及介電常數(shù)有關(guān)。若被測(cè)材料的介電常數(shù)為已知,則可測(cè)得其厚度,成為測(cè)厚儀;若被測(cè)材料的厚度為已知.則可測(cè)得其介電常數(shù),成為介電常數(shù)的測(cè)量儀。還可用于測(cè)量容器中液面的高度、溶液濃度等?!?-2測(cè)量電路電容傳感器的測(cè)量電路電容傳感器的測(cè)量電路實(shí)際上是測(cè)量電容變化的電路,但電容值很微小,因此必須借

4、助測(cè)量電路檢出這一微小電容的增量,并將其轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率。方可顯示、記錄或傳播。電容傳感器的測(cè)量電路主要有:電橋電路、調(diào)頻電路、差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路和運(yùn)算放大器式電路等。一、調(diào)頻電路調(diào)頻是利用信號(hào)電壓的幅值控制一個(gè)振蕩器,振蕩器輸出的是等幅波,但其振蕩頻率偏離量和信號(hào)電壓成正比。當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí),調(diào)頻波的頻率就等于中心頻率;信號(hào)電壓為正值時(shí)頻率提高,負(fù)值是則降低。一、調(diào)頻電路調(diào)頻電路工作原理如圖所示。振蕩器的振蕩頻率主要取決于回路中的電感和電容,因此只要回路中的電感或電容隨外加信號(hào)變化,就能獲得調(diào)頻信號(hào)。把電容傳感器接入調(diào)頻振蕩回路作為振蕩器諧振回路的一部分,則振蕩

5、器的頻率隨電容傳感器的電容C而變化,這樣振蕩器的輸出便是一個(gè)受被測(cè)信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻波。一、調(diào)頻電路限幅器的作用是將干擾及寄生調(diào)幅削平,使進(jìn)入鑒頻器的調(diào)頻信號(hào)是等幅的。鑒頻器的作用是將調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率變化恢復(fù)成原調(diào)制信號(hào)電壓的變化,它是調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)器。與調(diào)幅相比,調(diào)頻波具有較強(qiáng)的抗干擾能力,又因?yàn)檎{(diào)頻波的振幅是一定的,功率利用率高,但調(diào)頻電路比調(diào)幅電路復(fù)雜,所占頻帶寬度也遠(yuǎn)大于調(diào)幅電路。二、脈沖寬度調(diào)制電路由于U1的大小是固定的,因此,輸出直流電壓UO隨著T1和T2而變,即隨著uA和uB的脈沖寬度而變,而電容C1和C2分別與T1和T2成正比。在電阻R1和R2=R時(shí)對(duì)于極距

6、變化型:對(duì)于面積變化型:§5-3電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)范圍大,響應(yīng)快;靈敏度高;可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量,無摩擦,不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);輸出阻抗高,功率??;抗干擾能力差。電容式傳感器利用極間距和極板遮蓋面積的變化,可以測(cè)量直線位移或角位移。通過彈性膜片可以測(cè)量壓力,通過彈性梁可以測(cè)振動(dòng)或加速度等。利用介質(zhì)介電常數(shù)的變化可以測(cè)量液位高度、溶液的濃度、非導(dǎo)電材料的厚度等。一、電容式位移傳感器電容式物位傳感器二、電容傳聲器與噪聲測(cè)量聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的,聲音在空氣中傳播時(shí),使空氣產(chǎn)生疏密變化形成聲波,人們能夠感覺到的聲音頻率范圍一般為20~

7、20000Hz。日常生活中,有些聲音是我們需要的,有些聲音則是不需要的,把給人們以不愉快感覺的不需要的聲音統(tǒng)稱為噪音。噪聲源很多,就工業(yè)噪聲而言,主要有機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力噪聲和電磁性噪聲等。噪聲已成為環(huán)境的主要公害之一。因而控制與防治噪聲已經(jīng)成為重要課題,噪聲參數(shù)被列為機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)態(tài)性能的主要指標(biāo)之一。我國已制訂了環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)、聽力保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械噪聲標(biāo)準(zhǔn)、家用電器噪聲標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的噪聲測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。(一)噪聲的度量噪聲和聲音采用相同的物理度量方法,只不過噪聲是頻率成分更為復(fù)雜的聲音而已。通常都采用聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率來表示其強(qiáng)弱,單

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