第3章_压力检测2-王威立

1、3.5 电容式压力传感器电容式压力传感器 电容式传感器是将被测参数变换成电容量的一种传感器，其转换元件实际上就是一个具有可变参数的电容器。一、 工作原理及特性二、电容式传感器测量电路三、实际中存在的问题及其解决方法四、电容式传感器的应用电容式指纹识别传感器电容式指纹识别传感器n当用户的手指放在上面时，金属导体阵列当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/ /绝缘物绝缘物/ /皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。离不同而变化。电容式指纹识别传感器电

2、容式键盘n常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件荡脉冲允许通过的条件理论上这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小甚理论上这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，噪音小，至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，噪音小，容易控制手感，可以制造出高质量的键盘容易控制手感，可以制造出高质量的键盘工艺较机械结构复杂工艺较机械结构复

3、杂 电容式传声器传声器（传声器（MicrophoneMicrophone）俗称话筒）俗称话筒( (麦克风麦克风) )，是一种，是一种声电换声电换能器件能器件，可分，可分电动电动和和静电静电两类两类目前广播、电视和娱乐等方面使用的传声器，绝大多数是目前广播、电视和娱乐等方面使用的传声器，绝大多数是动动圈式圈式和和电容式电容式。 驻极体电容传声器驻极体电容传声器大膜片电容传声器大膜片电容传声器电容式传声器3.5 电容式压力传感器电容式压力传感器 3.5.1 3.5.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理 n S 极板相对覆盖面积；n d 极板间距离；n电容极板间介质的介电常数；n0真空介

4、电常数， 0 8.85pF/m；nr 相对介电常数。dS用两块金属平板作电极可构成电容器,当忽略边缘效应时，其电容C为:0rssCdd 电容式传感器的三种类型电容式传感器的三种类型变面积变面积(S)(S)型型: 变极距变极距( (d）型型: 变介电常数变介电常数()型型:1.1.变面积型电容传感器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x时，其电容量为：0b-b1 C1 ddxxxCdb CC0C K000axaxxCxC电容量电容量C与直线位移与直线位移x呈线性关系。呈线性关系。 其测量灵敏度为 ： （1）电容式线位移传感器）电容式线位移传感器 初始状态下，x=0,0Cbad1

5、.1.变面积型电容传感器变面积型电容传感器（2）电容式角位移传感器）电容式角位移传感器 00sCd000(1)sCCCd初始状态，=0时， 当动极板顺时针转动角度时，传感器电容量传感器电容量C与角位移与角位移呈线性关系呈线性关系 其测量灵敏度为 ：0C K C 2.变极距型电容传感器变极距型电容传感器00sCd初始电容间距减小d时，电容量000000C1 C= C11ssCddddddd 0dd C2时，各点的电压波形如右图所示:3.5.3. 测量电路测量电路 （2 2）脉宽调制电路）脉宽调制电路uAB 经低通滤波后，就可得到一直流电压UO。 1212112121211OUTTTTUTTTUT

6、TTUUUBA式中UA、UBA点和B点的矩形脉冲的直流分量；T1、T2 分别为C1和C2的充电时间； U1触发器输出的高电位。3.5.3. 测量电路测量电路 （2 2）脉宽调制电路）脉宽调制电路设电容C1和C2的极间距离和面积分别为d1、d2和S1、S2 差动变极距型差动变面积型 210121ddUUdd120121SSUUSS差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容式传感器，并具有理论上的线性特性 3.6 霍尔式压力计霍尔式压力计 电子在运动过程中，在磁场作用下受到洛仑兹力的作用，向一侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，另一侧则形成正电荷的积累。这样因电荷积累而建立一个电场。 在置于磁场中的导体或

7、半导体里通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象称为霍耳效应。3.6.1 3.6.1 霍尔效应霍尔效应dIBRUHH霍尔元件的特性常用灵敏度KH表示dRKHHIBKUHH3.6.2 3.6.2 霍尔式压力计工作原理霍尔式压力计工作原理 IBKUHH3.6 霍尔式压力计霍尔式压力计1管接头；2基座；3膜盒；4杠杆；6霍尔元件；7磁铁3.6.3 3.6.3 霍尔式压力计的误差及补偿霍尔式压力计的误差及补偿 霍尔式压力计的误差有两部分，一是弹性元件的变换误差；一是霍尔元件的变换误差。 一、不等位电势及补偿 不等位电势的产生有两个原因，如图所示。 3.6 霍

8、尔式压力计霍尔式压力计(1)加工工艺不能绝对保证引出电极在同一个等位面；(2)材料不均匀，造成等位线不均匀。几种补偿电路 3.6.3 3.6.3 霍尔式压力计的误差及补偿霍尔式压力计的误差及补偿 3.6 霍尔式压力计霍尔式压力计二、霍尔电势的温度系数 主要是温差电势和灵敏度系数随温度变化两种 情况。 三、温度对内阻的影响 四、温度补偿 霍尔元件输入电阻和霍尔电势的温度系数均为正的效果较好的补偿电路图。实际测量中，要求较高时，常采用恒温方法。 3.6.3 3.6.3 霍尔式压力计的误差及补偿霍尔式压力计的误差及补偿 3.6 霍尔式压力计霍尔式压力计3.6.3 3.6.3 霍尔式压力计的误差及补偿

9、霍尔式压力计的误差及补偿 3.6 霍尔式压力计霍尔式压力计该电路具有温度补偿的功能，当温度上升时，霍尔元件Rit的电阻增加，同时霍尔电势也具有正温度系数，只要选择合适，就可以自动进行温度补偿。LiHRRUI0在0度时，输出回路电流：负载RL的电压降为：HLiLLLURRRIRU0当温度为t时，回路电流为：LiHLitHttRtRtURRUI11负载RL的电压降为：LiHLtLLtRtRtURIRU11如果要求完全补偿：LiHLHLiLRtRtURURRR11iLRR-霍尔电动势温度系数-霍尔片输出阻抗温度系数 霍尔式压力计霍尔式压力计 3.6 霍尔式压力计霍尔式压力计3.7 3.7 电子称电子称 3.7.13.7.1 电子称的原理 电子称的核心部件是称重传感器。称重传感器把机械力转换为电信号，经放大处理后，或显示，或输入数据处理系统。图是一个比较简单称重系统框图。 3.7.2