電容式接近開關(guān).ppt

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1、項(xiàng)目二:電容式接近開關(guān)的設(shè)計(jì)制作技能訓(xùn)練目標(biāo)要求:1、掌握電容傳感器的結(jié)構(gòu)原理；2、學(xué)會(huì)電容接近開關(guān)的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用電路；3、進(jìn)一步掌握錫焊技巧和電路調(diào)試方法；4、了解電容式傳感器的應(yīng)用情況；5、鍛煉同學(xué)們的敬業(yè)精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院------傳感器應(yīng)用技術(shù)一、工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容傳感器的理想公式為d——極板間距離；A——極板面積；ε——電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。改變d、A、?三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，均可使平板電容的電容量C改變。固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成三種類型的電容傳感器。聲傳感器應(yīng)用模型幾種不同電容式傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖1．變極距式電容傳感器變

2、極距式電容傳感器原理動(dòng)畫演示變極距式電容傳感器結(jié)構(gòu)及特性曲線結(jié)構(gòu)示意圖1－定極板2－動(dòng)極板電容量與極板距離的關(guān)系則靈敏度系數(shù)k不是常數(shù),且與d成反比。極距越小靈敏度越高，但非線性誤差會(huì)越大。實(shí)際應(yīng)用中為提高靈敏度和擴(kuò)大線性范圍，多采用差動(dòng)式電容傳感器。20問題：△d是越小好還是大好呢？差動(dòng)結(jié)構(gòu)忽略高次項(xiàng)得則靈敏度系數(shù)結(jié)論：①差動(dòng)結(jié)構(gòu)可使傳感器靈敏度提高一倍。②減小了非線性誤差。③能夠更好地克服溫度等外界共模信號(hào)干擾。2．變面積式電容式傳感器動(dòng)極板有角位移時(shí)，與定極板的有效面積變化，變面積式電容傳感器的輸出特性是線性的，靈敏度是常數(shù)。這一類傳感器多用于檢測(cè)直線位移、角位移

3、、尺寸等參量。xθa))/1()/1(00pqpqee-=-==CdSCdSCx3．變介電常數(shù)電容式傳感器變介電常數(shù)電容式傳感器原理動(dòng)畫演示常用材料的介電常數(shù)經(jīng)推導(dǎo)可知變介電常數(shù)式電容傳感器其電容與位移或液體高度成線性關(guān)系，可由以下表達(dá)式表示：其中A、B均為與結(jié)構(gòu)和介質(zhì)有關(guān)的常數(shù)三種電容式傳感器比較表類型變間隙變面積變介電常數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合線位移角位移或較大線位移物位、濕度、密度是否線性非線性關(guān)系。靈敏度也不是常數(shù)。線性關(guān)系線性關(guān)系電容式傳感器測(cè)量電路電壓或頻率信號(hào)二、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路1.運(yùn)算放大器電路2.變壓器電橋電路缺點(diǎn)：由于電路輸出為交流電，應(yīng)進(jìn)行相敏檢波后，才能辨別位移方

4、向。對(duì)于變間隙式差分電容傳感器經(jīng)分析推導(dǎo)可得：優(yōu)點(diǎn)：把變間隙式電容傳感器的位移與電容的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化為位移與輸出電壓的線性關(guān)系?？傻茫?.調(diào)頻電路電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分，當(dāng)輸入量使電容量發(fā)生變化后，就使振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，頻率的變化在鑒頻器中變換為振幅的變化，經(jīng)過放大后就可以用儀表指示或用記錄儀器記錄下來。調(diào)頻接收系統(tǒng)可以分為直放式調(diào)頻和外差式調(diào)頻兩種類型。外差式調(diào)頻線路比較復(fù)雜，但選擇性高，特性穩(wěn)定，抗干擾性能優(yōu)于直放式調(diào)頻。3.調(diào)頻電路用調(diào)頻系統(tǒng)作為電容傳感器的測(cè)量電路主要具有以下特點(diǎn)：（1）抗外來干擾能力強(qiáng)；（2）特性穩(wěn)定；（3）能取得高電平

5、的直流信號(hào)（伏特?cái)?shù)量級(jí)）；（4）因?yàn)槭穷l率輸出，易于同數(shù)字儀器和計(jì)算機(jī)接口。諧振電路諧振式電路的原理方框圖，電容傳感器的電容Cx作為諧振回路（L2，C2，Cx）調(diào)諧電容的一部分。諧振回路通過電感耦合，從穩(wěn)定的高頻振蕩器取得振蕩電壓。工作原理:當(dāng)電容傳感器的電容Cx發(fā)生變化時(shí)，諧振回路的諧振頻率發(fā)生變化，相對(duì)于高頻振蕩器的頻率來說是失諧的，這樣使得諧振回路兩端的電壓振幅也就發(fā)生了變化，也就是說，該電路具有將電容Cx的變化轉(zhuǎn)換為諧振回路兩端電壓振幅變化的作用，即諧振回路兩端將獲得一個(gè)受電容Cx變化量調(diào)制的調(diào)幅波。該調(diào)幅波經(jīng)檢波器檢波后，再經(jīng)過放大器放大即可指示出輸入量的大小

6、。為了獲得較好的線性關(guān)系，一般諧振電路的工作點(diǎn)選在諧振曲線的一邊，即最大振幅Um的70%附近地方，如圖所示，且工作范圍盡量選在接近線性的BC段內(nèi)。這種電路的特點(diǎn)是比較靈敏，但缺點(diǎn)是：（1）工作點(diǎn)不容易選好，變化范圍也較窄；（2）傳感器與諧振回路要離得比較近，否則電纜的雜散電容對(duì)電路的影響較大；（3）為了提高測(cè)量精度，振蕩器的頻率要求具有很高的穩(wěn)定性。.電容傳感器的諧振電路4.脈沖寬度調(diào)制電路經(jīng)分析推導(dǎo)得：由圖可見A，B兩點(diǎn)平均電壓值UAB為零。但是，差動(dòng)電容C1和C2值不相等時(shí)，如C1＞C2，則C1和C2充放電時(shí)間常數(shù)就發(fā)生改變，這時(shí)電路中各點(diǎn)的電壓波形如圖（b）所示，

7、由圖可見，A，B兩點(diǎn)平均電壓值不再為零。當(dāng)矩形電壓波通過低通濾波器后，可得出直流分量:T1─C1的充電時(shí)間；T2─C2的充電時(shí)間；U1─觸發(fā)器輸出的高電位由于U1的值是已知的，因此，輸出直流電壓UAB隨T1和T2而變，亦即隨UA和UB的脈沖寬度而變，從而實(shí)現(xiàn)了輸出脈沖電壓的調(diào)寬。當(dāng)然，必須使參考電位Uf小于U1。由電路可得出，電容C1和C2的充電時(shí)間為:電阻R1=R2=R，綜合以上三式:上式說明，直流輸出電壓正比于電容C1與C2的差值，其極性可正可負(fù)。電容C1和C2的充電時(shí)間為:說明:(1)利用平行板電容公式，在變間隙的情況下可得:式中d