项目二任务3 电子血压计的设计与制作（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（北京理工版）

项目二 力和压力的检测 任务3 电子血压计电路的设计与制作 1 1.了解电容传感器的测量原理 2.掌握电容式传感器的测量电路 3.掌握电容式传感器的应用 目标要求 2 一、电容式传感器概述   以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。 电容式传感器 变间隙型 变面积型 变介质型 电容式传感器的测量原理 + + +  A  1、 面积变化型 （1）直线位移型 当动极板移动△x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为: 其灵敏度为: 变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输出与输入呈线形关系。 差动结构形式 提高测量精度 ，减少动极板与定极板之间的相对极距可能变化而引起的测量误差。 中间极板移动变面积式电容传感器原理 b) 角位移式电容传感器 可见，电容值与角位移 呈线性关系。增大传感器的初始面积或减小极板间距d有利于增大传感器的灵敏度K。 此时，传感器的灵敏度k为： 当动板有一转角时，由于覆盖面积变化，电容量改变。 当θ=0时 当θ≠0时 可见，传感器的电容量C与角位移θ呈线性关系。 c）园柱型电容传感器 下图是圆柱型，当动极板有一线位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从而导致电容量的变化 两个同轴圆筒电极组成的电容器，其电容值为： 当覆盖长度变化时， 通过1）2）3）的分析可得出结论：变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即具有良好的线性。大多数用来检测较大直线位移及角位移等参数。 变面积式电容传感器也采用差动形式，可使输出和灵敏度提高一倍。 （2） 极距变化型 变极距型传感器常常是一块极板固定而使另一块极板移动，从而改变极距 以引起电容的变化。 + + + + + + 因此电容器传感器的灵敏度为： 灵敏度与极距的平方值成反比，极距越小时灵敏度越高。 为减小非线性误差，该类传感器通常用于测量微小位移。 当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板之间的电容量C就改变了。 设极板面积为A，其静态电容量为： 当活动极板移动x后，其电容量为： 电容量与极板间距离的关系 当 时， 则 注：变极距型电容式传感器只有在极距变化很小时，才有近似的线性输出。 另外，在δ较小时，对于同样的Δδ变化所引起的ΔC增大，使传感器灵敏度提高。 但δ过小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料作介质， 如云母、塑料膜等。 変极距型电容传感器原理上的非线性 ，要修正。在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。下图是变极距型差动平板式电容传感器结构示意图。 为减小非线性误差，通常规定在较小的间隙变化范围内工作以便获得近似的线性关系。一般取极距变化范围为 变极距式电容传感器 结 论 极距变化型电容传感器的优点是可实现动态非接触测量，动态响应特性好，灵敏度和精度极高（可达nm级），适应于较小位移（1nm～1 m）的精度测量。但传感器存在原理上的非线性误差，线路杂散电容（如电缆电容、分布电容等）的影响显著，为改善这些问题而需配合使用的电子电路比较复杂。 思考 1、电容式传感器的分类？ 2、变面积电容传感器的特点？ 3、变极距电容传感器的特点？ 4、如何改善变极距电容传感器的非线性？ （3） 介质变化型 当电容式传感器中的电介质改变时，其介电常数变化，从而引起了电容量发生变化。 这类传感器常用做检测容器中片状材料的厚度、液面高度等，也可用来测量空气的湿度等。 这种传感器的电容量等于两个电容相并联 L0, b0——极板长度和宽度; 若电介质 εr1=1，则： 当被测介质εr2进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为： 故电容量的变化与被测电介质的移动量L成线性关系。 当燃油增大，h增大，△C也增大；燃油减少，h减少，△C也减小。通过测量电容的大小就能知道油量的多少。 B ) 电容液面计 这类传感器常常采用同轴圆筒电极组成的电容器作为测量装置。 相当于两个同心圆柱状极板间构成电容并联组成电容式传感器 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 振荡电路 感应电极 被测物体 应用举例1：电容式接近开关 测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.由此便可控制开关的接通和关断;接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。 2:电容式转速传感器的结构原理 电容式液位测量装置 D d 检测电路 测定电极 储罐 ε0 ε1 h 测定电极安装在金属储罐的顶部，储罐的罐壁和测定电极之