NO3精密位移检测系统电子课件 传感器与检测技术(第2版） 中职 高三 工信版

随着技术的发展，制造工业的精度已经达到了亚微米级别，很多机械零件的精度早已超过亚微米而达到几十个纳米，如高精度定位轴承和光学透镜，电子电路在工业中，超大规模集成电路的制造精度已经达到几个纳米。 精密位移检测系统 项目三 目录 制造精度的提高是现代工业的基础，而在亚微米级别的制造中，利用高精度微小位移检测。 高精度位移传感器的特点：量程小，精度高，高稳定性。 精密位移检测系统 项目三 目录 精度在亚微米级别的检测工业上往往采用比较方法，即首先使用标准件作为检测基准依据，然后利用高精度微小位移检测其中的误差级别。 精密位移检测系统 项目三 目录 通过熟悉各种高精度位移传感器，了解位移传感器检测的一般原理和使用条件，掌握各种位移传感器的量程和精度等检测性能。 任务一 高精度位移传感器的应用 知识目标 项目三 目录 通过实践操作和训练理解，初步认识电感式位移传感器及其检测适应性，了解工业中常用的位移检测特点及位移传感器的基本选用原则。 技能目标 任务一 高精度位移传感器的应用 项目三 目录 电容式传感器实质上是利用电容公式进行检测的传感器 被检测可通过极板距离、正对面积和介电常数的变化，转换为电容的变化实现检测。 一、电容式传感器 任务一 高精度位移传感器的应用 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 项目三 目录 电容传感器的结构优点是：由于极板间的静电引力小，活动部分的可动质量小，所以对输入能量的要求低；由于介质损耗小，传感器本身发热少，使其能在高频范围内工作，具有较好的动态响应特性。 任务一 高精度位移传感器的应用 项目三 目录 1.电容式传感器的分类 任务一 高精度位移传感器的应用 1） 变面积型电容传感器 2） 极距变化型电容传感器 项目三 目录 1）变面积型电容传感器 任务一 高精度位移传感器的应用 项目三 目录 2）极距变化型电容传感器 如图3-3（a）所示，如平行电容器两个极板间覆盖面积和极间介质不变，则其电容量C与极距呈现非线性关系。当极距有一微小变化量时，引起电容的变化量为 式中，A为极板间覆盖面积。 则其灵敏度为 任务一 高精度位移传感器的应用 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 2.电容式传感器的测量电路 1）等效电路 电容式传感器的等效电路如图所示。图中考虑了电容器的损耗和电感效应，Rp为并联损耗电阻，它代表极板间的泄漏电阻和介质损耗。这些损耗在低频时影响较大，随着工作频率增高，容抗减小，其影响就减弱。Rs 代表串联损耗，即代表引线电阻、电容器支架和极板电阻的损耗。电感L 由电容器本身的电感和外部引线电感组成。 电容传感器的等效电路 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 传感元件的有效电容Ce 可由式3-8求得(为了计算方便，略去Rs 和Rp)： （3-8） 在这种情况下，电容的实际相对变化量为 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 2）测量电路 （1）调频测量电路 调频电路的测量原理 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 传感器的电容作为振荡器谐振回路的一部分，当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率也随之发生变化，其输出信号经过限幅、鉴频和放大器放大后变成输出电压。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。图中调频振荡器的振荡频率为 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 调频电容传感器测量电路具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点，可以测量高至0.01μm 级位移变化量。信号的输出频率易于用数字仪器测量，并与计算机通信，可以发送、接收，以达到遥测遥控的目的。其缺点是寄生电容对测量精度的影响较大。 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 （2）运算放大器式测量电路 运算放大器的放大倍数很大，输入阻抗Zi 很高，输出电阻小，所以运算放大器作为电容式传感器的测量电路是比较理想的。 运算放大器测量电路原理 项目三 目录 任务一 高精度位移传感器的应用 （2）运算放大器式测量电路 运算放大器的放大倍数很大，输入阻抗Zi 很高，输出电阻小，所以运算放大器作为电容式传感器的测量电路是比较理想的。 运算放大器测量电路原理 项目三 目录 3.电容式传感器的特点与用途