传感器原理及应用-第5章.ppt

物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》传感器原理及应用 Principles and Applications of Sensors 主讲:王殿生教授物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》第五章作业第二版教材 102 页: 5-4 ,5-5 ,5-7 (练****题) 第三版教材 99-100 页: 5-4 ,5-5 ,5-9 (练****题) 物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》电容器电容器特性特性被测非电量被测非电量电容值电容值测量测量电路电路 U U、、I I、、f f第五章电容式传感器??电容式传感器的定义电容式传感器的定义以电容器为敏感元件,将被测非电量的变化转换为电容量变以电容器为敏感元件,将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。化的传感器。??电容式传感器的感测量电容式传感器的感测量位移、振动、压力、加速度、液位、成分含量等。位移、振动、压力、加速度、液位、成分含量等。??电容式传感器的种类电容式传感器的种类根据结构形式: 根据结构形式: 变极距型、变面积型和变介质型。变极距型、变面积型和变介质型。物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》第五章电容式传感器§ 电容式传感器工作原理和结构§ 电容式传感器等效电路§ 电容式传感器测量电路§ 电容式传感器应用物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》ε电容极板间介质的介电常数, ε 0为真空介电常数, ε r 极板间介质的相对介电常数; A 两平行板所覆盖的面积; d 两平行板之间的距离。两个平行金属板组成的平板电容器, 不考虑边缘效应时电容量为一、基本工作原理§ 电容式传感器工作原理和结构 d Ad AC r??? 0??d 极板 1极板 2 被测参数变化 A、d或ε发生变化时, 电容量 C也随之变化。仅改变一个参数, 该参数的变化可转换为电容量的变化,通过测量电路就可转换为电量输出。物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》电容式传感器的三种类型: 变极距型、变面积型和变介电常数型。一、基本工作原理§ 电容式传感器工作原理和结构物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》若电容器极板间距离由初始值d 0 缩小了Δd ,电容量增大了Δ C,则有二、变极距型电容传感器§ 电容式传感器工作原理和结构 20 0 00 0 0 0 01 11??????????????????????????????d d d dCd d C dd r??Δ d/d 0 <<1 时, 1-( Δ d/d 0) 2≈1,则 0 00d ???C与Δd 近似呈线性关系。变极距型电容式传感器只有在Δ d/d 0很小时,才有近似的线性关系。 1、基本输出特性物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》电容的相对变化量为二、变极距型电容传感器§ 电容式传感器工作原理和结构 0 01 1d dC C????当|Δ d/d 0 |<<1 时,级数展开有输出电容的相对变化量与输入位移之间成非线性关系。传感器的相对非线性误差: 2、非线性特性??????????????????????????????????? 30 200001d dd dd dd dC C% 100 % 100 |/| )/( 0 0 20???????d ddd dd?物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》电容传感器的灵敏度为二、变极距型电容传感器§ 电容式传感器工作原理和结构 0 01 /K????3、灵敏度单位输入位移所引起的输出电容相对变化的大小与 d 0 呈反比关系。当|Δ d/d 0 |<<1 时有近似线性关系 2、非线性特性 00d dC C???要提高灵敏度,应减小起始间隙 d 0 ,但非线性误差却随着 d 0 的减小而增大。一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在 20~100pF 之间, 极板间距离在 25~200 μm 的范围内。最大位移应小于间距的 1/10 。变极距电容式传感器在微位移测量中应用最广。物理科学与技术学院王殿生制作 EXIT EXIT EXIT 《传感器原理及应用》在差动式平板电容器中,当动极板位移Δd时,电容器 C 1的间隙 d 1变为 d 0-Δd ,电容器 C 2 的间隙 d 2 变为 d 0+Δ d,则二、变极距型电容传感器§ 电容式传感器工作原理和结构在实