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1、1,第三節(jié) 電容式傳感器,優(yōu)點：測量范圍大、靈敏度高、結構簡單、適應性強、動態(tài)響應時間短、易實現(xiàn)非接觸測量等。 由于材料、工藝，特別是測量電路及半導體集成技術等方面已達到了相當高的水平，因此寄生電容的影響得到較好地解決，使電容式傳感器的優(yōu)點得以充分發(fā)揮。 應用：壓力、位移、厚度、加速度、液位、物位、濕度和成分含量等測量之中。,電容器是電子技術的三大類無源元件(電阻、電感和電容)之一，利用電容器的原理，將非電量轉換成電容量,進而實現(xiàn)非電量到電量的轉化的器件或裝置，稱為電容式傳感器，它實質上是一個具有可變參數(shù)的電容器。,2,各種電容式傳感器,3,一、 工作原理與類型 （一）工作原理 用兩塊金屬平
2、板作電極可構成電容器，當忽略邊緣效應時，其電容C為 S極板相對覆蓋面積； 極板間距離；r相對介電常數(shù)； 0 真空介電常數(shù)，0 8.85pF/m； 電容極板間介質的介電常數(shù)。 、S和r中的某一項或幾項有變化時，就改變了電容C0、或S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映壓力、加速度等的變化；r的變化則可反映液面高度、材料厚度等的變化。,4,（二）類型,,變極距型傳感器,變面積型傳感器,變介質型傳感器,5,,1、變極距型電容傳感器,圖中極板1固定不動，極板2為可動電極(動片)，當動片隨被測量變化而移動時，使兩極板間距變化，從而使電容量產生變化 ，其電容變化量C為,C-特性曲線,C0極距
3、為時的初始電容量。,,6,2、變面積型電容傳感器 變面積型電容傳感器中，平板形結構對極距變化特別敏感，測量精度受到影響。而圓柱形結構受極板徑向變化的影響很小，成為實際中最常采用的結構，其中線位移單組式的電容量C在忽略邊緣效應時為 l外圓筒與內圓柱覆蓋部分的長度； r2、r1 圓筒內半徑和內圓柱外半徑。 當兩圓筒相對移動l時，電容變化量C為,這類傳感器具有良好的線性,大多用來檢測位移等參數(shù)。,7,,3、變介電常數(shù)型電容傳感器 變介電常數(shù)型電容式傳感器大多用來測量電介質的厚度、液位，還可根據(jù)極間介質的介電常數(shù)隨溫度、濕度改變而改變來測量介質材料的溫度、濕度等。 若忽略邊緣效應，單組式平板形厚
4、度傳感器如下圖，傳感器的電容量與被厚度的關系為,,,,,,,,,,x,,,動片,,,,,,厚度測量,8,若忽略邊緣效應，單組式平板形線位移傳感器如下圖，傳感器的電容量與被位移的關系為,l,平板形,,a、b、lx:固定極板長度和寬度及被測物進入兩極板間的長度 ； :兩固定極板間的距離； x、、0:被測物的厚度和它的介電常數(shù)、空氣的介電常數(shù)。,,,,lx,,,,9,若忽略邊緣效應，圓筒式液位傳感器如下圖，傳感器的電容量與被液位的關系為,,液位傳感器,,,,,,,,,h,,,,,,,C1,,,C,,,C2,,,可見，傳感器電容量C與被測液位高度hx成線性關系。,,,,,,,2r1,2r2,,hx,1
5、0,例：某電容式液位傳感器由直徑為40mm和8mm的兩個同心圓柱體組成。儲存灌也是圓柱形，直徑為50cm，高為1.2m。被儲存液體的r2.1。計算傳感器的最小電容和最大電容以及當用在儲存灌內傳感器的靈敏度(pF/L),解：,pF,11,二、 轉換電路 （一） 電容式傳感器等效電路 L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感： r由引線電阻、極板電阻和金屬支架電阻組成； C0為傳感器本身的電容； Cp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容； Rg是極間等效漏電阻，它包括極板間的漏電損耗和介質損耗、極板與外界間的漏電損耗介質損耗，其值在制造工藝上和材料選取上應保證足夠大。,,,供電
6、電源頻率為諧振頻率的1/31/2,12,將電容式傳感器接入交流電橋的一個臂(另一個臂為固定電容)或兩個相鄰臂，另兩個臂可以是電阻或電容或電感，也可是變壓器的兩個二次線圈。其中另兩個臂是緊耦合電感臂的電橋具有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，且寄生電容影響極小、大大簡化了電橋的屏蔽和接地，適合于高頻電源下工作。而變壓器式電橋使用元件最少，橋路內阻最小，因此目前較多采用。,（二）測量電路,1、電橋電路,特點：高頻交流正弦波供電； 電橋輸出調幅波，要求其電源電壓波動極小，需采用穩(wěn)幅、穩(wěn)頻等措施； 通常處于不平衡工作狀態(tài)，所以傳感器必須工作在平衡位置附近，否則電橋非線性增大，且在要求精度高的場合應采用自動平衡
7、電橋； 輸出阻抗很高(幾M至幾十M)，輸出電壓低，必須后接高輸入阻抗、高放大倍數(shù)的處理電路。,13,交流電橋的多種形式,14,2、二極管雙T形電路 電路原理如圖(a)。供電電壓是幅值為UE、周期為T、占空比為50的高頻方波。若將二極管理想化，則當電源為正半周時，電路等效成典型的一階電路，如圖(b)。其中二極管VD1導通、VD2截止，電容C1被以極其短的時間充電、其影響可不予考慮，電容C2的電壓初始值為UE。根據(jù)一階電路時域分析的三要素法，可直接得到電容C2的電流iC2如下：,C2,UE,(b),,,,,,,,,,,R,R,RL,C2,C1,VD1,VD2,iC1,iC2,+,+,,,UE,(
8、a),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C1,C1,C2,UE,RL,RL,R,R,R,R,+,+,+,+,,,iC1,iC2,,iC1,,iC2,正半周,負半周,15,同理，負半周時電容C1的平均電流:,在R（RRL）/（RRL）C2<
9、差動脈沖調寬電路 又稱差動脈寬(脈沖寬度)調制電路 利用對傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化。通過低通濾波器得到對應被測量變化的直流信號。,右圖為差動脈沖調寬電路原理圖，圖中C1、C2為差動式傳感器的兩個電容，若用單組式，則其中一個為固定電容，其電容值與傳感器電容初始值相等；A1、A2是兩個比較器，Ur為其參考電壓。,,R2,雙穩(wěn) 態(tài)觸 發(fā)器,,,,,,,,,,,,,,,VD1,VD2,A1,A2,,,,,A,B,R1,C1,C2,uAB,F,Q,Q,,Ur,差動脈沖調寬電路,G,,,,18,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,uA,u
10、A,uB,uB,uAB,uAB,UF,UF,UG,UG,Ur,Ur,Ur,Ur,-U1,U1,T1,U1,-U1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,,,,T2,U1,U1,U1,U1,,T1,,,T2,t,t,t,t,t,t,t,t,t,(a),(b),差動脈沖調寬電路各點電壓波形圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,U0,19,UAB經(jīng)低通濾波后，得到直流電壓U0為,UA、UBA點和B點的矩形脈沖的直流分量； T1、T2 分別為C1和C2的充電時間；U1觸發(fā)器輸出的高電位。 C1、C2的充電時間T1、T2為,設R1R2R，則,因此，輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比。,Ur比較器
11、的參考電壓。,20,設電容C1和C2的極間距離和面積分別為 、 和S1、S2，將平行板電容公式代入上式，對差動式變極距型和變面積型電容式傳感器可得 可見差動脈沖調寬電路能適用于任何差動式電容式傳感器，并具有理論上的線性特性。這是十分可貴的性質。在此指出：具有這個特性的電容測量電路還有差動變壓器式電容電橋和由二極管T形電路經(jīng)改進得到的二極管環(huán)形檢波電路等。 另外，差動脈沖調寬電路采用直流電源，其電壓穩(wěn)定度高，不存在穩(wěn)頻、波形純度的要求，也不需要相敏檢波與解調等；對元件無線性要求；經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓，對輸出矩形波的純度要求也不高。,21,4、 運算放大器式電路 其最大特點
12、是能夠克服變極距型電容式傳感器的非線性。其原理如圖 將Cx = 代入上式得,,,-A,,,,,,uo,C,Cx,u,,運算放大器式 電路原理圖,負號表明輸出與電源電壓反相。顯然，輸出電壓與電容極板間距成線性關系，這就從原理上保證了變極距型電容式傳感器的線性。這里是假設放大器開環(huán)放大倍數(shù)A=，輸入阻抗Zi=，因此仍然存在一定的非線性誤差，但一般A和Zi足夠大，所以這種誤差很小。,22,三、 主要性能、特點和設計要點,（一） 主要性能 1、 靜態(tài)靈敏度 是被測量緩慢變化時傳感器電容變化量與引起其變化的被測量變化之比。對于變極距型其靜態(tài)靈敏度kg為
13、 可見其靈敏度是初始極板間距的函數(shù)，同時還隨被測量而變化。減小可以提高靈敏度。但過小易導致電容器擊穿（空氣的擊穿電壓為3kVmm）?？稍跇O間加一層云母片（其擊穿電壓大于 103kV/mm）或塑料膜來改善電容器耐壓性能。,,23,靈敏度取決于r2/r1，r2與r1越接近，靈敏度越高。雖然內外極筒原始覆蓋長度與靈敏度無關，但不可太小，否則邊緣效應將影響到傳感器的線性。 另外，變極距型和變面積型電容式傳感器可采用差動結構形式來提高靜態(tài)靈敏度，一般提高一倍。例如，對變面積型差動式線位移電容式傳感器，其靜態(tài)靈敏度為,,對于圓柱形變面積型電容式傳感器，其靜態(tài)靈敏度為,可見，與單組式相比靈敏度提高了一倍。
14、 變面積型和變介電常數(shù)型電容式傳感器在忽略邊緣效應時，其輸入被測量與輸出電容量呈線性關系，因而其靜態(tài)靈敏度為常數(shù),24,顯然，輸出電容C與被測量之間是非線性關系。 只有當(/<<1時，略去各非線性項后才能得到近似線性關系為CC0(/)。由于取值不能大，否則將降低靈敏度，因此變極距型電容式傳感器常工作在一個較小的范圍內（1cm至零點幾mm），而且最大應小于極板間距的1/51/10。,2、非線性 對變極距型電容式傳感器，當極板間距變化時，其電容量的變化：,25,可見，差動式的非線性得到很大改善，靈敏度也提高了一倍。 如果電容式傳感器輸出量采用容抗XC=1/(C) ，那么被測量就與XC成線性關系
15、，不需要滿足 <<這一要求了。 在忽略邊緣效應時，變面積型和變介電常數(shù)型（測厚除外）電容式傳感器具有很好的線性，但實際上由于邊緣效應引起極板或極筒間電場分布不均勻，導致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。,采用差動形式，并取兩電容之差為輸出量C,26,（二） 特點 1受溫度影響極小 電容式傳感器的電容值僅取決于電極的幾何尺寸，一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。 2結構簡單，適應多種場合，具有平均效應 這種傳感器結構簡單，易于制造，易于保證高的精度；可做得體積很小，易于實現(xiàn)某些特殊要求的測量；電容式傳感器一般用金屬作電極、以無機材
16、料作絕緣支承，因此能工作在高溫、低溫、強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，可承受很大的溫度變化，承受高壓力、高沖擊、過載等；能測超高壓和低壓差，也能對帶磁工件進行測量。當被測試件不允許采用接觸測量時，電容傳感器可完成測量任務。電容式傳感器在采用非接觸測量時，具有平均效應，可減小工件表面粗糙度等對測量的影響。,27,3動態(tài)響應好 電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小，（約幾個10-5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可做得很小很薄，即質量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應時間短，能在幾MHz的頻率下工作，特別適合動態(tài)測量。又由于其介質損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測
17、量高速變化的參數(shù)，如測量振動、瞬時壓力等。 電容式傳感器還因帶電極板間的靜電引力極小，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜用來測量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受0.001m甚至更小的位移；由于其空氣等介質損耗小，采用差動形式并接入電橋時產生的漂移極小，因此允許電路進行高增益放大，使儀器具有很高的靈敏度。,28,不足： 1負載能力差 電容式傳感器的容量受其電極幾何尺寸等限制，一般為幾十到幾百pF，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當采用音頻范圍內的交流電源時，輸出阻抗高達106108。因此傳感器負載能力差，易受外界干擾影響而產生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重時甚至無法
18、工作，必須采取屏蔽措施，從而給設計和使用帶來不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十M以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響傳感器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周圍環(huán)境如溫濕度、清潔度等對絕緣性能的影響。高頻供電雖然可降低傳感器輸出阻抗，但放大、傳輸遠比低頻時復雜，且寄生電容影響加大，難以保證工作穩(wěn)定。,29,2寄生電容影響大 傳感器的初始電容量很小，而其引線電纜電容(l2m導線可達800pF)、測量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導體構成的電容等“寄生電容”卻較大，降低了傳感器的靈敏度；這些電容(如電纜電容)常常是隨機變化的，將使傳感器工作不穩(wěn)定，影響測量精度，其變
19、化量甚至超過被測量引起的電容變化量，致使傳感器無法工作。因此對電纜選擇、安裝、接法有要求 3、輸出特性非線性 變極距型電容傳感器的輸出特性是非線性的，雖可采用差動結構來改善，但不可能完全消除。其他類型的電容傳感器只有忽略了電場的邊緣效應時，輸出特性才呈線性。否則邊緣效應所產生的附加電容量將與傳感器電容量直接疊加，使輸出特性非線性。 隨著材料、工藝、電子技術，特別是集成電路的高速發(fā)展，使電容式傳感器的優(yōu)點得到發(fā)揚而缺點不斷得到克服。電容傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高精度，在動態(tài)、低壓及一些特殊測量方面大有發(fā)展前途的傳感器。,30,（三） 設計時應考慮的因素 電容式傳感器所具有的高靈敏度、高精
20、度等獨特的優(yōu)點是與其正確設計、選材以及精細的加工工藝分不開的。在設計傳感器的過程中，在所要求的量程、溫度和壓力等范圍內，應盡量使它具有低成本、高精度、高分辨力、穩(wěn)定可靠和高的頻率響應等。 1減小環(huán)境溫度、濕度的影響，保證絕緣材料的性能 溫度變化使傳感器內各零件的幾何尺寸和相互位置及某些介質的介電常數(shù)發(fā)生改變,從而改變傳感器的電容量,產生溫度誤差。濕度也影響某些介質的介電常數(shù)和絕緣電阻值。因此必須從選材、結構、加工工藝等方面來減小溫度等誤差和保證絕緣材料具有高的絕緣性能。,31,電容式傳感器的金屬電極的材料以選用溫度系數(shù)低的鐵鎳合金為好，但較難加工。也可采用在陶瓷或石英上噴鍍金或銀的工藝，這樣電
21、極可以做得極薄，對減小邊緣效應極為有利。 傳感器內電極表面不便經(jīng)常清洗，應加以密封；用以防塵、防潮。若在電極表面鍍以極薄的惰性金屬（如銠等）層，則可代替密封件起保護作用，可防塵、防濕、防腐蝕，并在高溫下可減少表面損耗、降低溫度系數(shù)，但成本較高。 傳感器內，電極的支架除要有一定的機械強度外還要有穩(wěn)定的性能。因此選用溫度系數(shù)小和幾何尺寸長期穩(wěn)定性好，并具有高絕緣電阻、低吸潮性和高表面電阻的材料。例如石英、云母、人造寶石及各種陶瓷等做支架。雖然這些材料較難加工，但性能遠高于塑料、有機玻璃等。在溫度不太高的環(huán)境下，聚四氟乙烯具有良好的絕緣性能，可以考慮選用。,32,盡量采用空氣或云母等介電常數(shù)的
22、溫度系數(shù)近似為零的電介質（也不受濕度變化的影響）作為電容式傳感器的電介質。若用某些液體如硅油、煤油等作為電介質，當環(huán)境溫度、濕度變化時，它們的介電常數(shù)隨之改變，產生誤差。這種誤差雖可用后接的電子電路加以補償，但無法完全消除。 在可能的情況下,傳感器內盡量采用差動對稱結構,這樣可以通過某些類型的測量電路(如電橋)來減小溫度等誤差。 選用50kHz至幾MHz作為電容傳感器的電源頻率，以降低對傳感器絕緣部分的絕緣要求。 傳感器內所有的零件應先進行清洗、烘干后再裝配。傳感器要密封以防止水分侵入內部而引起電容值變化和絕緣性能下降。傳感器的殼體剛性要好，以免安裝時變形。,33,2消除和減小電
23、容電場的邊緣效應 適當減小極間距，使電極直徑或邊長與間距比增大，可減小邊緣效應的影響，但易產生擊穿并有可能限制測量范圍。電極應做得極薄使之與極間距相比很小，這樣也可減小邊緣電場的影響。此外，可在結構上增設等位環(huán)來消除邊緣效應。,邊緣效應引起的非線性與變極距型電容式傳感器原理上的非線性恰好相反，在一定程度上起了補償作用。,34,（1）適當增大傳感器原始電容值 采用減小極片或極筒間的間距(平板式間距為0.20.5mm，圓筒式間距為0.15mm)，增加工作面積或工作長度來增加原始電容值，但受加工及裝配工藝、精度、示值范圍、擊穿電壓、結構等限制。一般電容值變化在 10-3103 pF范圍內，相對值變
24、化在 10-61范圍內。,寄生電容與傳感器電容相并聯(lián)，影響傳感器靈敏度，必須消除和減小它?？刹捎梅椒ǎ?3減小寄生電容的影響,（1）適當增大傳感器原始電容值 （2）采用適當接地方法和屏蔽措施 （3）將傳感器與測量電路本身或其前置級裝在一個殼體內 （4）采用“驅動電纜”(雙層屏蔽等位傳輸)技術 （5）采用運算放大器法,35,（2）采用適當接地方法和屏蔽措施 圖為采用接地屏蔽的圓筒形電容式傳感器。圖中可動極筒與連桿固定在一起隨被測量移動。可動極筒與傳感器的屏蔽殼（良導體）同為地，因此當可動極筒移動時，固定極筒與屏蔽殼之間的電容值將保持不變，,從而消除了由此產生的虛假信號。 引線電纜也必須屏蔽
25、在傳感器屏蔽殼內。為減小電纜電容的影響，應盡可能使用短而粗的電纜線，縮短傳感器至電路前置級的距離。,,,,,,,,,,,,,,,,,,絕緣體,屏蔽殼,固定極筒,可動極筒,連桿,導桿,接地屏蔽圓筒形電容式傳感器示意圖,,,36,整體屏蔽法 將電容式傳感器和所采用的轉換電路、傳輸電纜等用同一個屏蔽殼屏蔽起來，正確選取接地點可減小寄生電容的影響和防止外界的干擾。下圖是差動電容式傳感器交流電橋所采用的整體屏蔽系統(tǒng)，屏蔽層接地點選擇在兩固定輔助阻抗臂 Z3和Z4中間，使電纜芯線與其屏蔽,層之間的寄生電容CP1和CP2分別與Z3和Z4相并聯(lián)。如果Z3和Z4比CP1和CP2的容抗小得多，則寄生電容CP1
26、和CP2對電橋平衡狀態(tài)的影響就很小。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,交流電容電橋的屏蔽系統(tǒng),C1,C2,CP1,CP2,Z3,Z4,,-A,37,最易滿足上述要求的是變壓器電橋，這時Z3和Z4是具有中心抽頭并相互緊密耦合的兩個電感線圈，流過Z3和Z4的電流大小基本相等但方向相反。因Z3和Z4在結構上完全對稱，所以線圈中的合成磁通近于零，Z3和Z4僅為其繞組的銅電阻及漏感抗，它們都很小。結果寄生電容Cpl和Cp2對Z3和Z4的分路作用即可被削弱到很低的程度而不致影響交流電橋的平衡。 還可以再加一層屏蔽，所加外屏蔽層接地點則選在差動式電容傳感器兩電容C1和C2之間。這樣進一步降低了
27、外界電磁場的干擾，而內外屏蔽層之間的寄生電容等效作用在測量電路前置級，不影響電橋的平衡，因此在電纜線長達10m以上時仍能測出 1pF的電容。 電容式傳感器的原始電容值較大（幾百pF）時，只要選擇適當?shù)慕拥攸c仍可采用一般的同軸屏蔽電纜。電纜長達10m時，傳感器也能正常工作。,38,（3）將傳感器與測量電路本身或其前置級裝在一個殼體內 將傳感器與測量電路本身或其前置級裝在一個殼體內，省去傳感器的電纜引線。這樣，寄生電容大為減小而且易固定不變，使儀器工作穩(wěn)定。但這種傳感器因電子元件的特點而不能在高、低溫或環(huán)境差的場合使用。 （4）采用“驅動電纜”(雙層屏蔽等位傳輸)技術 當電容式傳感器的電容
28、值很小，而因某些原因(如環(huán)境溫度較高)，測量電路只能與傳感器分開時，可采用“驅動電纜”技術。傳感器與測量電路前置級間的引線為雙屏蔽層電纜，其內屏蔽層與信號傳輸線(即電纜芯線)通過1:1放大器成為等電位，從而消除了芯線與內屏蔽層之間的電容。由于屏蔽線上有隨傳感器輸出信號變化而變化的電壓，因此稱為“驅動電纜”。采用這種技術可使電纜線長達10m之遠也不影響儀器的性能，如圖。,39,外屏蔽層接大地或接儀器地，用來防止外界電場的干擾。內外屏蔽層之間的電容是1:1放大器的負載。1:1放大器是一個輸入阻抗要求很高、具有容性負載、放大倍數(shù)為1(準確度要求達1/10000)的同相(要求相移為零)放大器。因此“驅
29、動電纜”技術對1:1放大器要求很高，電路復雜，但能保證電容式傳感器的電容值小于1pF時，也能正常工作。,,1：1,,,,,,,,,,,,,,,測量 電路 前置級,,,,外屏蔽層,內屏蔽層,,芯線,傳感器,“驅動電纜”技術原理圖,,,當電容式傳感器的初始電容值很大(幾百F)時，只要選擇適當?shù)慕拥攸c仍可采用一般的同軸屏蔽電纜，電纜可以長達10m，儀器仍能正常工作。,40,（5）采用運算放大器法 下圖是利用運算放大器的虛地來減小引線電纜寄生電容CP的原理圖。圖中電容傳感器的一個電極經(jīng)電纜芯線接運算放大器的虛地點,電纜的屏蔽層接儀器地,這時與傳感器電容相并聯(lián)的為等效電纜電容Cp/(1A)，因而大大地減
30、小了電纜電容的影響。外界干擾因屏蔽層接儀器地，對芯線不起作用。,傳感器的另一電極接大地，用來防止外電場的干擾。若采用雙屏蔽層電纜，其外屏蔽層接大地，干擾影響就更小。實際上，這是一種不完全的電纜“驅動技術”，結構較簡單。開環(huán)放大倍數(shù)A越大，精度越高。選擇足夠大的A值可保證所需的測量精度。,,,-A,,,,,,,,uo,C,Cx,u,,利用運算放大器式電路虛地點 減小電纜電容原理圖,,,,,,,,41,5防止和減小外界干擾 當外界干擾(如電磁場)在傳感器上和導線之間感應出電壓并與信號一起輸送至測量電路時就會產生誤差。干擾信號足夠大時，儀器無法正常工作。此外，接地點不同所產生的接地電壓差也是一種干擾
31、信號，也會給儀器帶來誤差和故障。防止和減小干擾的措施歸納為：,屏蔽和接地。傳感器殼體；導線；傳感器與測量電路前置級等等。 增加原始電容量，降低容抗。 導線和導線之間要離得遠，線要盡可能短，最好成直角排列，若必須平行排列時，可采用同軸屏蔽電纜線。 盡可能一點接地，避免多點接地。地線要用粗的良導體或寬印制線。 采用差動式電容傳感器，減小非線性誤差，提高傳感器靈敏度，減小寄生電容的影響和溫度、濕度等誤差。,42,四、電容式傳感器的應用舉例應用,1電容式壓力傳感器,當PH=PL時，膜片處于中間位置，C1=C2； 當有差壓作用時，測量膜片產生形變： PH PL時，膜片PL向彎曲，C1C2； 將這種電容變
32、化通過電路轉換為電壓變化,43,2.電容式料位計,用于水泥、化工、罐裝 等傳感器靜電容：,44,3.加速度傳感器在汽車中的應用,加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當測得的負加速度值超過設定值時， 微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰 撞，于是就啟動轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。,裝有傳感器的假人,,氣囊,,45,汽車氣囊的保護作用,使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。,46,汽車氣囊對駕駛員的保護作用,47,電容式接近開關在物位測量控制中的使用演示,,48,1、為什么變極距型電容傳感器的靈敏度和非線性是矛盾的？實際應用中怎樣解決這一問題？ 2、一電容測微儀，其傳感器的圓形極板半徑r=4mm，工作初始間隙 =0.3mm，問： （1）工作時，如果傳感器與工作的間隙變化量 =1m時，電容變化量是多少？ （2）如果測量電路的靈敏度S1=100mV/pF，讀數(shù)儀表的靈敏度S2=5格/mV，在 =1m時，讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？,作業(yè),
《力傳感器》PPT課件
