3.3.3 电容式传感器等效电路 r C0 CP L来自百度文库 Rg L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感; r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成; C0为传感器本身的电容 Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容 Rg是极间等效漏电阻 极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗 1. 变面积型电容传感器 2. 变介电常数型电容传感器 3. 变极距型电容式传感器 1. 变面积型电容传感器 当动极板相对于定极板沿着长度 方向平移时,其电容变化量化为 C C0 C 0 r (a x)b d 0 r ab 0 r xb d d △C与△x间呈线性关系 电容式角位移传感器 当θ=0时 C0 当θ≠0时 0 r s0 d0 0 r s0 (1 ) C (1 ) C 0 d0 传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系,但如果输出是 则是非线性关系。 X0 1 jC, 2. 变介电常数型电容式传感器 2H C0 D ln d 小结 3.3.1 电容式传感器的工作原理:S、d、ε任 一一个参数发生变化时,电容量都发生变化。 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 S r 0 S C d d 作业:电容式传感器有哪几种类型? 写出每种电容式传感器的转换公式, 各有什么特点? 变极距(δ)型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) (h) 变介电常数(ε )型: (i)~(l) 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结 若极距缩小△d 0 r s d d ε C 0 (1 d ) 0 r s C0 d C C 0 C 2 d d d d 1 1 d d 非线性关系 若△d/d<<1时,则式(3.3.3)可简化为 d C C0 C0 d 最大位移应小于间距的1/10 3.3.4 电容式传感器测量电路 (1) 运算放大器电路 (2) 脉宽调制电路 (3) 调频电路 (4) 双T型电桥电路 (1). 运算放大器式电路 最大特点:能克服变极距型电容传感器的非 线性 C ∑ -A ~ u Cx Cx是传感器电容 C是固定电容 u0 u0是输出电压信号 运算放大器式电路原理图 由运算放大器工作原理可知 1 / ( jCx ) C u0 u u 1 / ( jC) Cx Cx ( S ) / d uC u0 d S 结论:从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性。 假设放大器开环放大倍数A=,输入阻抗Zi= 因此仍然存在一定的非线性误差, 但一般A和Zi足够大,所以这种误差很小。 d0 0 r1 L0 b0 d0 当L=0时,传感器的初始电容 C0 0 L0 b0 d0 当被测电介质进入极板间L深度后,引起电容相对变化量为 C C C 0 ( r 2 1) L C0 C0 L0 电容变化量与电介质移动量L呈线性关系 3. 变极距型电容传感器 S 初始电容 C 0 3.3 电容式传感器及其转换电路 主讲:李跃忠 2013年5月22日 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结 3.3.1 电容式传感器的工作原理 什么是电容器? 电容器有两个用介质(固体、液体或气体) 或真空隔开的电导体构成。 初始电容 电容与液位的关系为: 2 1 h 2 ( H h) 2H 2h( 1 ) 2h( 1 ) C C0 D D D D D ln ln ln ln ln d d d d d 电容式液位传感器 C C1 C 2 0 b0 r1 ( L0 L) r 2 L Q C V 电容 导体上的电荷 导体之间的电压差 3.3.1 电容式传感器的工作原理 S r 0 S C d d S d ε S ——极板相对覆盖面积; d ——极板间距离; εr——相对介电常数; ε0——真空介电常数(8.85pF/m); ε ——电容极板间介质的介电常数。 电容式传感器的分类 低频等效电路 传感器电容的阻抗非常大,L和r的影响可 忽略 C 等效电容C=C0+Cp, 等效电阻Re≈Rg Rg 高频等效电路 电容的阻抗变小,L和r的影响不可忽略,漏电 的影响可忽略 ,其中C=C0+Cp,而re≈r re L C 1 1 jL R j C e jC 3.3 电容式传感器及其转换电路 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器等效电路 3.3.3 电容式传感器测量电路 本节课小结