第4章-传感器原理2模板

4.3电容式传感器变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:AC+++Aδ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。第四章传感器测量原理与测量电路4.3电容式传感器++++++1.变间隙式电容传感器4.3电容式传感器当动极板在被测参量作用下发生位移，使间隙减小了，则1)1(CSCC1)1(CC1321CC电容的相对变化量为：当时4.3电容式传感器C/C与之间是非线性关系CC2SCCK略去高次项时，可得近似线性关系为：灵敏度为：灵敏度K与初始间隙的平方成反比，间隙越小，灵敏度越高。但间隙的减小受极板间击穿电压的限制。由于很小，且所以也应很小，因此，变间隙式电容传感器适用于小间隙、小变化量的位移测量。14.3电容式传感器差动电容结构是在两块定极板之间放一块动极板:111)1(CSCCC122)1(CSCCC差动结构---提高电容传感器的灵敏度、减小非线性53212CCCC21242CC222SCCK4.3电容式传感器4.3电容式传感器2面积变化型1）角位移型+++当动板移动后，两极板间的电容为：2222rCrC22rC22rCkk为常数，角位移式传感器的电容与角位移成线性关系。则4.3电容式传感器2）平面线位移型4.3电容式传感器当动板移动x后，两极板间的电容：xbbaxabC)(xbCbxCKk为常数，线位移式传感器的电容与线位移成线性关系。4.3电容式传感器3）柱面线位移型.4.3电容式传感器产品.陶瓷电容压力传感器液体压力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生位移。4.3电容式传感器4.3电容式传感器3介质变化型4.3电容式传感器电容式液位计在被测介质中放入两个同心圆柱状电极，容器内介质的介电常数为，空气的介电常数为，当容器中液面高度发生变化时，两电极间的电容也发生变化。两电极间的总电容C等于介质为空气部分的电容与介质为液体部分的电容之和，即xRRRRhC1221122ln)(2ln2输出电容与液面高度x呈线性关系。124.3电容式传感器产品.电容式液位传感器（液位计/料位计）4.3电容式传感器二.测量电路1.阻容交流电桥右图是阻容交流电桥系统方图。图中电桥部分C1和C2是差动电容传感器的两个电容，电桥另两个桥臂接入相同的固定电阻R0电容式传感器在被测参量的作用下电容发生变化，但还需通过测量电路将电容变化转化为电压或电流的变化。4.3电容式传感器电桥中C1和C2是差动电容传感器的两个电容，该桥臂的阻抗111CjZ221CjZ2121211222CCCCUZZZZUUscSC12UUscSC2电桥的输出电压为：差动电容传感器当动极板位移时2.变压器式电桥3.双T电桥2122CCUfRRRRRRUfffsc4.3电容式传感器⑴输入能量小，灵敏度高。⑵动态特性好。⑶能量损失小。⑷结构简单，适应性好。⑸非线性较大。⑹电缆电容影响大。解决方法：①采用双层屏蔽电缆。②采用小型集成电路，放在传感器内部，即传感器与测量电路一体化。三.电容式传感器的特点：4.3电容式传感器4.4电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，把被测非电量转换为线圈电感的变化。分类:电感式传感器自感型可变磁阻型涡流式互感型第四章传感器测量原理与测量电路工作原理当衔铁子在被测参量带动下移动时，磁路中气隙的磁阻发生变化，从而引起线圈电感的变化，把电感的变化通过测量电路转换为电压或电流的变化。根据所测电压或电流的变化过程确定被测量的变化。4.4电感式传感器1自感型--可变磁阻式4.4电感式传感器可变导磁面积型差动型202NSL原理:电磁感应变气隙型电感传感器：LL提高灵敏度和线性化的方法：a)限制衔铁的位移变换量b)采用差动结构灵敏度2022SNLLK电感变化量4.4电感式传感器差动自感传感器把两个相同的简单电感传感器组合在一起而共用一个衔铁构成差动式电感传感器。当衔铁处于中间位置时，上下两个线圈的电感量相等。若衔铁被带动向上移动距离时，使上、下线圈的电感量分别增大和减小L。4.4电感式传感器4.4电感式传感器差动自感传感器LLLLLLLL2))(1())(1(212221有效地消除了偶次项对非线性的影响，同时提高灵敏度4.4电感式传感器测量电路与输出特性电感传感器的测量电路常采用电桥电路；电桥由交流电压U供电；电桥的两臂Z1和Z2为传感器中两个线圈的阻抗，另两臂各为电源变压器次级线圈的一半。ULRLUsc222电桥对角线上A、B两点的电位差为输出电压Usc：4.4电感式传感器2互感型--差动变压器WW1W2Esx-x工作原理:互感现象.EwEout4.4电感式传感器当衔铁向上移动时，次级线圈的互感M1增大，互感M2减小，则线圈内感应电势e21e22，当衔铁向下移动时，则感应电势e21e22。因此，只要衔铁偏离中心位置，e20，即有输出电压产生，而输出电压的幅值大小与衔铁位移量成正比。因输出的是交流电，只有接入相敏检波电路后，才能从直流输出电压的幅值和相位判断衔铁位移大小和方向。当衔铁在两线圈中心位置时，两线圈的感应电势相等，即e21=e22，因两线圈是反向串接，此时的输出电压为e2=e21-e22=0。4.4电感式传感器等效电路：输出电势有效值：121212)(2ELRME输出电势的大小与互感的变化量M成正比。4.4电感式传感器差动变压器位移传感器4.4电感式传感器3涡流式原理:涡流效应把一个线圈放到一块金属导体附近，当线圈通过交流电流I1时，在线圈的周围会产生交变磁场H1，使置于交变磁场中的金属导体中感应出交变电流I2，此电流也产生交变磁场H2，而交变磁场H2和线圈产生的磁场H1方向相反。由于磁场H2的反作用，使原来线圈的阻抗发生变化，线圈阻抗变化的大小与金属导体的电导率，磁导率，厚度h，线圈激励电流I和角频率以及线圈与金属导体之间的距离d等参数有关。4.4电感式传感器电涡流产生的磁场与线圈产生的磁场相反，引起线圈阻抗的变化。),,,,,(dIhfZ电导率、磁导率、厚度、线圈激励电流、角频率、距离位移传感器：除距离外，其余因素均确定不变4.4电感式传感器等效电路电涡流传感器的等效电路如图。图中R1和L1为线圈的电阻和电感，R2和L2为金属导体的电阻和电感，U为线圈激励电压，M为线圈与导体中涡流回路的互感系数。线圈的等效电感为：22222221LRMLLL4.4电感式传感器产品：4.4电感式传感器案例：无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测油管检测4.4电感式传感器4电感式传感器的特点⑴结构简单，工作可靠；⑵灵敏度高，分辨率较大；⑶测量的精度较高；⑷频率响应较低，不宜高频动态参数。传感器广泛用于测量位移及能引起位移变化的参量，如力，压力，速度，加速度，流量，厚度等。电涡流式传感器的特点是结构简单，灵敏度高，测量范围大，抗干扰能力强，具有非接触测量等。常用来测量位移，振幅，几何尺寸，表面粗糙度及裂纹等。4.4电感式传感器