第10讲电容式压力传感器方案

第10讲电容式压力传感器

CapacitivePressureSensors第10讲电容式压力传感器

CapacitivePresC——电容量，单位：F法拉

——真空介电常数，8.85×10-12F/m

——极板间介质的相对介电常数A——极板的有效面积（m2）

——两平行极板间的距离（m）1、平板电容器§1电容式传感器的原理和结构C——电容量，单位：F法拉——真空介电常数，2、圆筒形电容器2、圆筒形电容器√√极板上移：1、基本特性二、变间隙型电容传感器极板上移：1、基本特性二、变间隙型电容传感器第10讲电容式压力传感器方案讨论：（1）略去高次项讨论：（1）略去高次项（2）考虑二次项（2）考虑二次项2、有介电层的变间隙型电容传感器2、有介电层的变间隙型电容传感器动极板上移：初始位置时，3、差动式变间隙型电容传感器动极板上移：初始位置时，3、差动式变间隙型电容传感器第10讲电容式压力传感器方案提高一倍减小略去高次项：提高一倍减小略去高次项：中间极移动式变面积型差动结构变面积型板状线位移变面积型角位移变面积型筒状线位移变面积型结构型式三、变面积型电容传感器中间极移动式变面积型差动结构变面积型板状线位移变面积型角位移线性1、板状线位移变面积型线性1、板状线位移变面积型线性2、角位移变面积型线性2、角位移变面积型线性3、筒状线位移变面积型线性3、筒状线位移变面积型4、中间极移动式变面积型4、中间极移动式变面积型①扇形平板结构5、差动结构变面积型①扇形平板结构5、差动结构变面积型②柱面型结构②柱面型结构四、变介质型电容传感器四、变介质型电容传感器例1：薄膜测厚参考文献：“高静电场下的薄膜测厚技术”，《仪表技术与传感器》，2001年8期例1：薄膜测厚参考文献：“高静电场下的薄膜测厚技术”，《仪表线性例2：电容式液位传感器线性例2：电容式液位传感器1、“用MATLAB语言建立液位电容传感器特性的数学模型”，《传感器技术》，2001年6期参考文献：2、“射频电容式传感器的研究与应用”，《传感器技术》，2001年2期1、“用MATLAB语言建立液位电容传感器特性的数学参考文献设计一个油料液位监测系统。当液位高于H1时，鸣响震铃且红色LED亮，当液位低于H2时，鸣响震铃且黄色LED亮，当液位处于H1和H2之间时，绿色LED亮。差动变间隙型电容传感器，初始电容，初始间隙，设动极板相对于定极板位移了，计算其非线性误差。若改为单极平板电容，初始值不变，非线性误差有多大？如何改善单极式变间隙型电容传感器的非线性？思考题！！！设计一个油料液位监测系统。当液位高于H1时，鸣响震铃且红电容式传感器测量电路被测非电量U、I、f电容直放式外差式普通交流电桥耦合电感电桥变压器电桥双T二极管交流电桥交流电桥电路运算放大器式电路调频电路调幅电路调宽电路§2电容式传感器的测量电路电容式传感器测量电路被测非电量U、I、f电容直放式外差式普通振荡回路固有电容引线分布电容传感器电容一、调频电路振荡回路固有电容引线分布电容传感器电容一、调频电路1、直放式：1、直放式：被测信号调频信号鉴频信号调频电路的优点：抗干扰能力强特性稳定高电平直流信号易于接口被测信号调频信号鉴频信号调频电路的优点：抗干扰能力强2、外差式2、外差式二、调幅电路1、交流电桥电路（1）普通交流电桥二、调幅电路1、交流电桥电路（1）普通交流电桥（2）紧耦合电感电桥（2）紧耦合电感电桥耦合系数耦合系数第10讲电容式压力传感器方案电路谐振点：电路谐振点：第10讲电容式压力传感器方案（3）变压器电桥（3）变压器电桥回路1回路2节点A回路1回路2节点A第10讲电容式压力传感器方案差动变间隙型电容传感器：线性关系差动变间隙型电容传感器：线性关系（4）双T二极管交流电桥（4）双T二极管交流电桥第10讲电容式压力传感器方案第10讲电容式压力传感器方案第10讲电容式压力传感器方案第10讲电容式压力传感器方案2、运算放大器式电路2、运算放大器式电路变间隙型电容传感器：线性关系“变气隙式电容传感器非线性补偿新方法”，《传感器世界》，2001年9期参考文献：变间隙型电容传感器：线性关系“变气隙式电容传感器非线性补偿新跳变触发器翻转跳变触发器翻转三、脉冲宽度调制电路参考电压跳变触发器翻转跳变触发器翻转三、脉冲宽度调制电路参考电压第10讲电容式压力传感器方案第10讲电容式压力传感器方案变间隙型差动电容传感器：变面积型差动电容传感器：变间隙型差动电容传感器：变面积型差动电容传感器：一、等效电路C——传感器电容L——电感RP——并联损耗电阻RS——串联损耗电阻CP——寄生电容高温、高湿、高激励§3电容式传感器的应用一、等效电路C——传感器电容L——电感RP——并保护环减小极板厚度d极板间隙保护环1、边缘效应灵敏度降低、非线性增加二、应用中存在问题保护环减小极板厚度d极板间隙保护环1、边缘效应灵敏度降低、非2、寄生电容消灭寄生电容的影响，是传感器实用化的关键。消灭寄生电容的方法：①驱动电缆法等电位屏蔽法2、寄生电容消灭寄生电容的影响，是传感器实用化的关键。消灭寄②整体屏蔽法③采用组合式与集成技术参考文献：“双面接触式电容压力传感器的设计及制造工艺”，

《仪表技术与传感器》，2001年9期2、“基于参考电容的低成本智能电容传感器系统”，《仪表技术与传感器》，2001年8期②整体屏蔽法③采用组合式与集成技术参考文献：“双面接触式电容三、应用举例例3

电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用三、应用举例例3电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用“电容式板材在线测厚仪”，《仪表技术与传感器》，2001年4期参考文献：“电容式板材在线测厚仪”，《仪表技术与传感器》，2001年4例4电容式称重传感器误差平均效应参考文献：“电容式称重传感器”，《传感器技术》，2001年6期例4电容式称重传感器误差平均效应参考文献：“电容式称重传例5电容式压力传感器单只变间隙型例5电容式压力传感器单只变间隙型差动式差动式惯性原理例6电容式加速度传感器惯性原理例6电容式加速度传感器ADI公司ADXL全系列加速度传感器ADI公司ADXL全系列加速度传感器参考文献：“利用电容式加速度传感器测量电梯运动特性”，《仪表技术与传感器》，2001年6期参考文献：“利用电容式加速度传感器测量电梯运动特性”，第10讲电容式压力传感器方案例7容栅传感器差动变面积型误差平均效应精度：10um范围：0~150mm容栅传感器是一种基于变面积工作原理，可测量大位移的电容式数字传感器。例7容栅传感器差动变面积型误差平均效应精度：10um参考文献：“高分子电容式湿度变送器温度补偿方法”，

《传感器技术》，2001年9期2、“电容层析成像系统动态成像稳定性补偿方法”，《仪表技术与传感器》，2001年9期3、“极板放在同一平面上的电容敏感器件的研制”，《传感器技术》，2001年5期参考文献：“高分子电容式湿度变送器温度补偿方法”，2、“电容为什么电容传感器易受干扰，如何减小干扰？如何改善单极式变间隙型电容传感器的非线性？什么是“驱动电缆技术”，采用的目的是什么？思考题为什么电容传感器易受干扰，如何减小干扰？如何改善单极式变间隙FINFIN人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨