电容传感器测量纸张厚度学习资料
电容传感器测量纸张
厚度
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ
εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。
电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。
布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。
关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3)
1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 (3)
1.2 厚度测量装置的研究现状 (3)
1.3 简述设计的整体思路 (4)
第二章电容测厚装置的介绍 (6)
2.1 详细介绍电容测厚装置 (6)
2.2设计匹配电路 (8)
第三章仿真设计及分析 (9)
3.1 仿真电路的建立 (9)
3.2 仿真结果的分析 (13)
第四章对课程设计进行试验 (15)
4.1 实验过程 (15)
4.2 分析仿真与试验结果的差异 (15)
第五章设计体会 (16)
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
第一章对布料厚度测量装置所做的调研
1.1厚度测量装置在工业环境下的意义
在现代高科技社会中，发展一些厚度测量装置具有非常重大的意义，厚度测量装置的使用将会大大的减少人力的投入，更加方便快捷的得到高精度，高质量的产品，此次我们研究得课题是布料厚度的测量，我们很容易联想到我们身边的各种丝质，棉质等布匹，但是如何在生产时得到等厚度的布料呢。这里就会用到厚度测量装置，运用电容式传感器对布料厚度进行测量，将会非常快捷，而且非常准确，后面我们将介绍一下电容式传感器测量厚度的原理，将它运用于工业中我们能够及时发现问题以及能够及时进行对设备的修正，总之，厚度测量装置是发展高新技术，节省人力物力不可或缺的发明。
1.2 厚度测量装置的研究现状
因为我们所介绍的主要是布料厚度的测量，所以我们主要讲解一下非金属厚度测量的应用，经过查阅资料知道，现如今各种传感器的品种众多，所以测量方式也不尽相同。目前，非金属厚度的检测大多数是以位移检测为基础的无接触测量，测量方法很多，视对象不同，常采用超声，射线，微波，电磁涡流等不同方法进行测量。超声反射法从测量精度来说可满足生产中的要
求，但需要耦合剂，被测厚度需要大于2mm。射线法需要放射源，存在需加
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
防护措施，成本高等问题，推广使用有一定的难度。涡流测厚可在油污、尘埃、湿度、高温恶劣的工业环境下长期工作，但一般用于金属厚度检测，这些现状对当前非金属测厚技术提出了挑战。我们考虑到利用电容式传感器检测非金属的厚度，因为其设备简单、经济、测量精度可达2.5mm ，所以方法具有可行性。
1.3 进行自己设计的整体思路
电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测物理量的变化转换为物理量的变化。因此电容式传感器的基本工作原理可以用图1-1所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为
图1-1 平板电容器简图
δ
εεδεS S C O r == （1.3-1）
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
式中：S ——极板面积；
δ——极板间距离；
o ε——真空介电常数， o ε=8.851-12-m 10F ?；
r ε——相对介电常数；
ε——电容极板间介质的介电常数。
当极板面积S 、极板间间距δ保持不变，而插入相对介电常数为r ε的介质，此时构成的电容传感器为变介电常数电容传感器，保持介电常数不变而改变介质的厚度。
如下图所示：
图1-2 装置测厚简图
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
r
o d d -a S
C εε+= （1.3-
2）
式中:S ——测量电容的极板面积；
a ——测量电容的极板间距离；
d ——插入电容的测量棉布的厚度；
o ε——真空介电常数， o ε=8.851-12-m 10F ?；
r ε——棉布的相对介电常数；
在实验过程中，我们将得到电压与厚度的关系，然后我们最后会用图表的形式将这种关系表现出来，当测量布料厚度时，只需要测量出电压值然后与图表进行比较就会得到相应的厚度值。
第二章电容测厚装置的介绍
2.1 详细介绍电容测厚装置
（1）相关器件介绍
所需元件清单：1）信号发生器（1V交流电源，频率100HZ） 2）仪用放大器OPAMP一个
3）1.5PF电容一个
4）自制0.9PF电容一个
5）电压表一个0-10V
6）开关一个
7）布料：棉布（含化纤）
表（2.1-1）各种布料介电常数测试数据表
信号发生器：信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。利用信号发生器可以后的测量电路所需要的100HZ、1V的电压。
运算放大器：可以对电信号进行运算，一般具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。利用放大器可以对电信号进行放大
（2）自制电容参数:
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
极板面积92cm ，极板间距近似a=8.85mm ，网上查询资料得棉布的相对介电常数r ε=2.75，棉布厚度 d=0~2mm ，自制电容如下图所示。
图2-1 自制电容传感器
灵敏度：传感器的灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输
入的变化量之比即为其静态灵敏度。
灵敏度表达式：
x
y K ??=
（2.1-1）
对于线性传感器，其灵敏度为常数，也就是传感器特性曲线的斜率。对于非线性传感器，灵敏度是变量，其表达式为 ：
dx dy K =
（2.1-2）
一般要求传感器的灵敏度较高并在满量程内是常数为佳，这就要求传感器的输出输入特性为直线（线性）。
自制电容的相对变化量：
]
)
)(
(
1[
)
(
1
1
d
C
C
???+
?
?
+
?
+
?
?
=
?
-
?
?
?
=
?
d
d
N
d
d
N
d
d
N
N
d
d
d
d
N
N
d
（2.1-3）
式中：
d
d-a
1
1-
N
r
r
）
（
ε
ε
+
=，为灵敏度因子和非显性因子。
2.2设计匹配电路
实际试验中运算放大器用OP07来接，并且在OP07上面接一个很大的电阻，但是试验中我们发现由于电阻值的改变会稍微影响一点输出电压值的变化，所以我们这里接的是实际中并没有的OPAMP运算放大器。我们设计的匹配电路如下图：
图2-3 匹配电路原理图
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 根据放大器原理可以得出
x 0C U C E ?-=? （2.2-
1）
即 E C C U x
0?-= （2.2-2）
所以 ]
)11
([E C C U 00x 0
d a S E C r
-+??-=?-=εε （2.2-3）
即输出电压与布料的厚度成线性比例关系。
传感器习题第5章 电容式传感器
第5章 电容式传感器（P99） 5－3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系。 图5-7 解： 电容式液位计的电容值为：d D n h C C 1)(210εεπ-+ =，其中d D n H C 120πε=。 可见C 与液面高度h 呈线性关系。 可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双T 形交流电桥，也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系，所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。 可以采用环形二极管充放电法，具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R 的并联，R 上的电压为0U ，则有： )(0d x C C E Rf RI U -?== 其中，C x 为电容式液位计的电容值，f 为方波的频率，ΔE =E 2-E 1为方波的幅值，C d 为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节 d D n H C C d 120πε==，则输出电压0U 与 液位h 之间呈线性关系。 5－5 题5—5图为电容式传感器的双T 电桥测量电路，已知Ω== =k R R R 4021， d D n h C C 1) (210εεπ-+ =环形二极管电容测量电路原理图 E V R
Ω=k R L 20，V e 10=，MHz f 1=，pF C 100=，pF C 101=，pF C 11=?。求L U 的 表达式及对于上述已知参数的L U 值。 解： ()() V C C Uf R R R R R R U L L L L 18.010110110202040) 20240(40)()() 2(1262 012 =??????+?+?= -?++=- 5－8 题5—8图为二极管环形电桥检波测量电路，p U 为恒压信号源，1C 和2C 是差动式电容传感器，0C 是固定电容，其值10C C >>，20C C >>，设二极管41~D D V V 正向电阻为零，反向电阻为无穷大，信号输出经低通滤波器取出直流信号AB e 。要求： ① 分析检波电路测量原理； ② 求桥路输出信号()21,C C f e AB =的表达式； ③ 画出桥路中A U 、B U 、AB e 在21C C =、21C C >、21C C <三种情况下的波形图（提 示：画出p U 正负半周的等效电路图，并标出工作电流即可求出AB e 的表达式）。 解： 等效电路为： U p t 题5—8图
传感器简答题
1：简述金属电阻应变片的工作原理，主要测量电路种类及其应用情况 应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将测量物体变形转换成电阻变化的传感器。被广泛应用于工程测量和科学实验中。 一工作原理 （一）金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。如图2-1所示 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为 （2－1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ，故引起电阻值变化ΔR。对式（2－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有: （2－2） 式中的Δl/l为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με＝1×10-6mm/mm）。若径向应变为Δr/r，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用 泊松比μ表示为，因为ΔS/S＝2(Δr/r)，则（2－2）式可以写成 （2－3） 式（2－3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（2－3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2μ），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是Δρ/（ρε），是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则k0≈1+2μ，对半导体，k0 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属电阻丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。 （二）应变片的基本结构及测量原理 各种电阻应变片的结构大体相同，以图2－2所示丝绕式应变片为例，它以直径为0.025mm左右的合金电阻丝2绕成形如栅栏的敏感栅，敏感栅粘贴在绝缘的基底1上，电阻丝的两端焊接引出线4，敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层3。l称为应变片的基长，b称为基宽，l×b称为应变片的使用面积。应变片的规格以使用面积和电阻值表示，例如3×10mm2，120Ω。 用应变片测量受力应变时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据式（2－3），可以得到被测对象的应变值ε，而根据引力应变关系 б=Eε（2－4） 式中б——测试的应力；
电容式位移传感器的设计
课程设计 设计名称: 电容式位移传感器的设计_ 专业班级: __ 姓名: ____________ 学号: _________ 指导教师: ______ xxxx年 xx 月
目录 一、设计要求……………………………………………………………… 3 二、电容传感器工作特性 (3) 三、电容传感器的优缺点 (3) 四、基本原理……………………………………………………………… 3 五、设计分析……………………………………………………………… 4 六、消除和减少寄生电容的影响 (5) 七、转换电路的设计 (6) 八、差动放大电路………………………………………………………… 8 九、相敏检波器系统工作及原理 (9) 十、心得体会 (11) 十一、参考文献 (12) 十二、附录 (13)
1、设计要求： 设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。 1、测量范围（mm）：0~±1mm； 2、线性度（%Fs）：0.5； 3、分辨率（μm）：0.01； 4、灵敏度（PF/mm）： 5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。结合传感器实验平台，确定传感器的静态灵敏度和线性范围，并设计电容传感器的电子秤应用实验。 2、电容传感器工作特性 电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。相对与其他传感器来说，电容式传感器的温度稳定性好，其结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作，适应性强；它的静电引力小，动态响应好，可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等；它能够实现非接触测量，在被测件不能受力，或高速运动，或表面不连接，或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务；当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。因其所需的输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等，由于在空气等介质中损耗小，采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度，分辨力高，能敏感0.01μm至更小的位移。本课题采用差动变面积式电容位移传感器，线性的反映电容和位移的变化关系。 3、电容传感器的优缺点
模电课程设计：纸张厚度检测电路设计
课题名称：纸张厚度检测电路●张骏0862310129 徐伟0862310128 朱昊进0862310131 计算机及信息工程学院通信工程1班 指导老师：江冰 完成时间：2009年12月24日
关键词：纸张厚度电压比较器 Key Words:Paper thickness Voltage comparator Amplifier circuit 摘要： 纸张厚度检测是保证纸张品质的重要部分。本文将介绍一种基于LM339电压比较器的纸张厚度检测电路，它能够解决如何快速有效的检测纸张厚度，以提高实际生产中产品的检测效率。 Summary: Paper thickness detection is an important part to keep the quality of the paper. This passage will introduce a common circuit of paper thickness detection based on LM339 voltage comparator, which can solve the problem that how to detect the quality of the paper quickly and effectively, that to improve the efficiency of detection in the practical production.
目录Content 前言 关键词 2 摘要 2 目录 3 正文 电路研究意义 4 应用价值 4 总体方案框架图 4 原电路分析 4 Electronic Workbench 模拟 5 方法对比6参考文献9附件 电路原理图10 元器件清单10 实物照片11 LM339电压比较器介绍11
电容传感器测量纸张厚度
本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。 电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。 布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。 关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3) 厚度测量装置在工业环境下的意义 (3) 厚度测量装置的研究现状 (3) 简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 详细介绍电容测厚装置 (6) 设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 仿真电路的建立 (9) 仿真结果的分析 (13) 第四章对课程设计进行试验 (15) 实验过程 (15) 分析仿真与试验结果的差异 (15) 第五章设计体会 (16)
《传感器与测试技术》
1?传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有____ 、____ 、—、—、等。P18— P20 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为—和_。P7 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以 分为_和________ 。P7 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以 分为_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 8、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—的位移。 11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。
电容传感器测量电路
第一部分引言 本设计是应用于电容传感器微小电容的测量电路。 传感器是一种以一定的精度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。传感器在发展经济、推动社会进步方面有着重要作用。 电容式传感器是将被测量转换成电容量变化的一种装置，可分为三种类型：变极距（间隙）型、变面积型和变介电常数型。 二、电容式传感器的性能 和其它传感器相比，电容式传感器具有温度稳定性好、结构简单、适应性强、动态响应好、分辨力高、工作可靠、可非接触测量、具有平均效应等优点，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用于压力、位移、加速度、液位、成分含量等测量之中[1]。 电容式传感器也存在不足之处，比如输出阻抗高、负载能力差、寄生电容影响大等。上述不足直接导致其测量电路复杂的缺点。但随着材料、工艺、电子技术，特别是集成电路的高速发展，电容式传感器的优点得到发扬，而它所存在的易受干扰和分布电容影响等缺点不断得以克服。电容式传感器成为一种大有发展前途的传感器[2]。 第二部分正文 一、电容式传感器测量电路 由于体积或测量环境的制约，电容式传感器的电容量一般都较小，须借助于测量电路检出这一微小电容的增量，并将其转换成与其成正比的电压、电流或者电频率[3],[4]。电容式传感器的转换电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。电容传感器性能很大程度上取决于其测量电路的性能。
由于电容传感器的电容变化量往往很小，电缆杂散电容的影响非常明显，系统中总的杂散电容远大于系统的电容变化值[5]。与被测物理量无关的几何尺寸变化和温度、湿度等环境噪声引起的传感器电容平均值和寄生电容也不可避免的变化，使电容式传感器调理电路设计相当复杂[6]。分立元件过多也将影响电容的测量精度[3]。 微小电容测量电路必须满足动态范围大、测量灵敏度高、低噪声、抗杂散性等要求。测量仪器应该有飞法（fF）数量级的分辨率[6]。 二、常用电容式传感器测量电路 1、调频电路 这种电路的优点在于：频率输出易得到数字量输出，不需A/D转换；灵敏度较高；输出信号大，可获得伏特级的直流信号，便于实现计算机连接；抗干扰能力强，可实现远距离测量[7]。不足之处主要是稳定性差。在使用中要求元件参数稳定、直流电源电压稳定，并要消除温度和电缆电容的影响。其输出非线性大，需误差补偿[8]。 2、交流电桥电路 电桥电路灵敏度和稳定性较高，适合做精密电容测量；寄生电容影响小，简化了电路屏蔽和接地，适合于高频工作。但电桥输出电压幅值小，输出阻抗高，其后必须接高输入阻抗放大器才能工作，而且电路不具备自动平衡措施，构成较复杂[9]。此电路从原理上没有消除杂散电容影响的问题，为此采取屏蔽电缆等措施，效果不一定理想[10]。 3、双T型充放电网络 这种电路线路简单，减小了分布电容的影响，克服了电容式传感器高内阻的缺点，适用
电容式感应工作原理及设计
电容式感应工作原理及设计 电容式感应的工作原埋是什么呢?下面的示意图显示了1个电容式感应按钮的横截面。如图所示，在外覆层材料之下，存在导电的铜块区域和导电的传感器。在2个导电元件相互之间靠得很近时，就会产生一个电容值，本图中标为Cp，这个电容值是由于传感器垫板与接地板之间的耦合现象而形成的。Cp属于寄生电容，典型数量级任10pF至300pF。传感器与接地板靠近时也会形成一个边缘电场，这个电场能够穿透外覆层。基本上，人体组织也属于导电体。将一根手指放存边缘电场附近时，就会增加这个电容系统的导电表面面积。 但是，这个在图中标为CF的附加手指电容值的数量级在0.1pF至10pF。虽然一根于指的存在会导致电容发生变化，但与寄生电容相比，该变化的幅度是相当小的。而传感器的测得电容值称为CX。在没有手指存在的情况下，CX基本上等于CP。而在于指存在时，CX 则为CP和CF的和。 图1 手指电容值 电容式感应的设计方案 在我们了解了电容式感应的工作原理后，如何开始设计某一特定产品的电容式感应界面呢?我们重点要考虑到设计方案的需要。这个产品将用在什么地方?使用环境严苛吗?这项
设计中最重要的因素是电池的使用时间还是产品的耐久性?不同的因素对设计方案的影响也各不相同。 根据正在设计的产品类型，功耗可能是关键因素，也可能不是关键因素。例如，在由电池供电的手持设备上，功耗具有极为重要的意义。而一种对整体平均功耗即电池使用时间进行控制的方式是设立3个不同的工作区域。一个工作区域是快速响应区，这个区域内的每个传感器每200微秒扫描一次。系统会在按钮和滑动触摸处于连续操作状态下进入这一区域。在操作很少或无操作时，系统可以进入一个慢速响应区，将扫描频率减少到大约每100毫秒1次。最后，如果在很长时间内没有操作，则系统可以进入深度休眠模式，从而节省电力。通过实现节能、慢速响应模式，在便携手持设备每100秒扫描3个按钮的情况下，系统的耗电量可以低于50μA的平均电流。 在当今的电子产品领域，噪声也成为另-项重要的考虑因素。各类感应噪声，诸如来自电力线路的噪声，以及来自移动手机或日光灯的辐射噪声，无时无刻不存在，所以必须加以考虑。为了进行有效防范，我们的目标是增加信噪比，并消除虚假触摸响应。 在设计信噪比、耐久性、静电放电抵抗力以及精确度时，所选择的外覆层材料以及外覆层厚度具有很大的影响。而且，在考虑材料的类型和厚度时，必须根据产品的需要，在许多方面采取折衷方式。随着外覆层材料厚度的增加，信号和噪声两方面均会减少。但是，外覆层材料越厚，则对于静电放电的抵抗力就越强。人体的静电电压可以高达15 KV，而电容式感应系统的外覆层有助于避免集成电路在遭受此类静电放电时发生永久性损坏。另一种解决方法是，使用一层聚酰亚胺(Kapton)带，这种材料在需要超强静电放电保护的应用中能够发挥良好的作用。当然，外覆层越厚，也就越不容易破裂或者遭到破坏。
传感器与检测技术试卷及答案
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。
电容式传感器中英文翻译资料毕业设计用
Capacitive Sensor Operation Part 1: The Basics Part 1 of this two-part article reviews the concepts and theory of capacitive sensing to help to optimize capacitive sensor performance. Part 2 of this article will discuss how to put these concepts to work. Noncontact capacitive sensors measure the changes in an electrical property called capacitance. Capacitance describes how two conductive objects with a space between them respond to a voltage difference applied to them. A voltage applied to the conductors creates an electric field between them, causing positive and negative charges to collect on each object Capacitive sensors use an alternating voltage that causes the charges to continually reverse their positions. The movement of the charges creates an alternating electric current that is detected by the sensor. The amount of current flow is determined by the capacitance, and the capacitance is determined by the surface area and proximity of the conductive objects. Larger and closer objects cause greater current than smaller and more distant objects. Capacitance is also affected by the type of nonconductive material in the gap between the objects. Technically speaking, the capacitance is directly proportional to the surface area of the objects and the dielectric constant of the material between them, and inversely proportional to the distance between them as shown.: In typical capacitive sensing applications, the probe or sensor is one of the conductive objects and the target object is the other. (Using capacitive sensors to sense plastics and other insulators will be discussed in the second part of this article.) The sizes of the sensor and the target are assumed to be constant, as is the material between them. Therefore, any change in capacitance is a result of a change in the distance between the probe and the target. The electronics are calibrated to generate specific voltage changes for corresponding changes in capacitance. These voltages are scaled to represent specific changes in distance. The amount of voltage change for a given amount of distance change is called the sensitivity. A common sensitivity setting is 1.0 V/100 μm. That means that for every 100 μm change in distance, the output voltage changes exactly 1.0 V. With this calibration, a 2 V change in the output means that the target has moved 200 μm relative to the probe.
4电容式传感器习题
第4章 电容式传感器 电容式传感器可分为哪几类各自的主要用途是什么 答:电容式传感器可分为三类，具体如下： （1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 （2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 （3）变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要如何解决 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。 试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。（极板的有效面积为A ，真空介电常数为0ε ） (a ) (b ) (c ) 解（1）图(a )等效为三个平板电容器串联 0111 A C d εε= ，022 2 A C d εε= ，0333 A C d εε= 总电容量为 31232133121212301020301231111 d d d d d d C C C C A A A A εεεεεεεεεεεεεεεε++=++=++=串
故 01233 1 21232 133******** A A C d d d d d d εεεεεεεεεεεεεεεε= =++++串 （2）图(b )等效为两个平板电容器并联 012A C C C d εε=== 0122A C C C d εε=+= 并 （3）图(c )等效为两柱形电容器并联，总电容量为 ()H d d d d L d d H L d d H C )/ln()(2)/ln(2)/ln()(2/ln 212012012012εεππεπεπε-+=-+= 在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。已知：δ0=；D =；R =Ω；U sr =60V(交流)，频率f =400Hz 。试求： (1)该电容传感器的电压灵敏度K u (V /μm )； (2)当电容传感器的动极板位移△δ=10μm 时，输出电压U sc 值。 解：（1）根据图中所示的桥路连接方法，可得 2 21 121212 1 111 222 sr sc sr sr R U j C C C U U U C C j C C R R R j C j C ωωωω+ -=-=?+++ ++&&&& 初始电容 () 2 1232 12001203 00 8.851038.21040.61040.6440.2510 r A D C C C F pF πεεεπδδ----????=== ===?=??
电容式传感器(传感器的理论设计及应用)
电容式传感器的应用 由于电子技术的发展，成功的解决了电容式传感器存在的技术问题，为电容式传感器 的应用开辟了广阔前景。它不但广泛地用于精确测量位移、厚度、角度、振动等机械量，还 用于测量力、压力、差压、流星、成分、被位等参数。 下面就其主要应用作简单介绍。 一、电容式差压变送器 电容式差压变送器是70年代的新产品，它具有结构简单、小型轻量、精度高(可达o．25％)、互换性强等优点。目前已广泛应用于工业生产中。该变送器具有如下特点： (1)变送器感压腔室内充灌了温度系数小、稳定性高的硅泊作为密封液； (2)为了使变送器获得良好的线性度，感压膜片采用张紧式结构； (3)变送器输出为标准电流信号， (4)动态响应时间一般为o．2—15s。 图4—29为电容式差压变送器的结构图。 图4—29(6)为二空结构的电容式楚压变送器，图中I、2为测量膜片(或隔离膜六J，它们与被测介质直接接触，3为感压膜片，此膜片在圆周方向张紧，1与3膜片间为·—室，2与3膜片间为另一室，故称为二室结构。其中感压膜片为可动电极，并与固定电极4、5构成差动式球—平面型电容传感器(”I和c”。固定球面电极是在绝缘体6上加工而成。绝缘体一般采用玻璃或陶瓷，在它的表面上蒸镀一层金属膜(如铝)作为电权。感压的挠曲变形，引起差动电容cL和c”变化，经测量电路将电容变化量转换成标准电流信号。因4—29(6)为一室结构的电容式差压交道器。图中1、2为测量膜片，它们与被测介质接触。3为可动乎
板电极，中心轴4把1、2、3连为一体，片簧5把可动电极在圆周方向张紧。在绝缘体6上蒸镀金属层而构成固定电极7、8，并与可动电极构成平行扳式差动电容。在可动电极与测量膜片间充满硅油作为密封刘，并有通道经节梳孔9将两电容连通，所以称为一室结构。当两边被测压力不等时(严”＞PL)，测量膜通过中心轴推动可动电极移动，因而使差动电容cj和cX发生变化。 以下着重分析二室结构电容式差压变送器。这种球—平面型电容量的变化可用单元积分法及等效电容法求得，如图4—30所示图中，c。为电容初始电容；cJ为感压膜片受压后挠曲变形位置与感压膜片初始位置。 因此在求得Co和C4后便可由式(4—94)、式(十95)求得传感器的差动电容在图4—31中，由球面形固定电极墨和平膜片电极A形成一个球—平面型电容器。在
电容传感器测量纸张厚度..-(37987)
摘要 本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ εεS r o = C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。 电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。 布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。
关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真 目录 第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3) 1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 (3) 1.2 厚度测量装置的研究现状 (3) 1.3 简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 2.1 详细介绍电容测厚装置 (6) 2.2设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 3.1 仿真电路的建
2完整版电容式传感器课程设计
引言 硅压力传感器具有精度高、稳定性好等优点，在工业中广泛应用。但是，由于硅材料本身的限制，使其无法用于高温和腐蚀等特殊环境中。而陶瓷电容式压力传感器采用特殊陶瓷材料制作，具有抗腐蚀、耐高温等优点，弥补了硅压力传感器的上述缺点，可用于高温、腐蚀等特殊环境下。现今，国内有大量的需求，但是还没有国内厂家能够生产。因此，开发出一种实用的陶瓷压力传感器具有非常重要的现实意义。 陶瓷压力传感器通常采用多电容结构，在陶瓷膜片上同时烧结两个电容，一个作为参考电容，以消除温度对传感器输出的影响；另一个为测量电容，其变化量与传感器所受压力的变化量近似成正比，通过检测变化量就能得到传感器所受的压力。
1 电容式传感器设计的目的与任务 1.1电容式传感器设计的目的 ⑴巩固所学知识，加强对传感器原理的进一步理解； ⑵理论与实际相结合，“学以致用”； ⑶综合运用知识，培养独立设计能力； ⑷着重掌握典型传感器的设计要点，方法与一般过程； ⑸培养学生精密机械与测控电路的设计能力。 1.2电容式传感器设计的要求 ⑴设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、安全性、先进性及操作维修方便。如果可以用比较简单的方法实现要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能比较好的元件，不能单纯考虑简单、经济； ⑵独立完成作业。设计时可以收集、参考传感器同类资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能简单地抄袭； ⑶在课程设计中，要随时复习传感器的工作原理。积极思考。不能直接向老师索要答案和图纸。 ⑷设计传感器测头机械机构方案，绘制总装图（CAD为工具），编写传感器设计说明书。
PT100温度传感器测量电路
PT100温度传感器测量电路 温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃ 至650℃ 的围.本电路选择其工作在 -19℃ 至500℃ 围。 整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分。 前置放大部分原理图如下： 工作原理: 传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式. 按照 PT100 的参数,其在0℃ 到500℃ 的区间,电阻值为 100 至280.9Ω，我们按照其串联分压的揭发，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 输出电压（mV），可以计算出其在整百℃时的输出电压，见下面的表格：
单片机的 10 位 A/D 在满度量程下，最大显示为 1023 字，为了得到PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压，必须对传感器的原始输出电压进行放大，计算公式为：(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ，（Vcc＝系统供电＝5V），可以得到放大倍数为10.466 。 关于放大倍数的说明：有热心的用户朋友询问，按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果，而是得到 11.635的结果。实际上，500 个字的理想值是无法靠电路本身自然得到的，自然得到的数字仅仅为 450 个字，因此，公式中的500℃ 在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。其实，计算的方法有多种，关键是要按照传感器的mV/℃ 为依据而不是以被测温度值为依据，我们看看加上非线性校正系数：10.47*1.1117=11.639499 ，这样，热心朋友的计算结果就吻合了。 运算放大器分为两级，后级固定放大 5 倍（原理图中 12K/3K+1=5），前级放大为：10.465922/5=2.0931844 倍,为了防止调整时的元器件及其他偏差，使用了一只精密微调电位器对放大倍数进行细调，可以保证比较准确地调整到所需要的放大倍数(原理图中 10K/(8K2+Rw)+1)。
电容式液位传感器设计
电容式液位传感器设计 一设计原理 本设计采用筒式电容传感器采集液位的高度。主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化，从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。由于从传感器得出的电压一般在0~30mv之间，太小不易测量，所以要通过放大电路进行放大。从放大电路出来的是模拟量，因此送入ADC0809转换成数字量，ADC0809连接于单片机，把信号送入单片机。通过单片机控制水泵的运转。显示电路连接于单片机用于显示水位的高度。该显示接口用一片MC14499和单片机连接以驱动数码管。 二传感器设计 .(1)传感器原理 电容式液位传感器系统; 它利用被测体的导电率, 通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。 (2)传感器的组成 图3-1-2 为传感器部分的结构原理图。它主要是由细长的不锈钢管(半径为 R1 ) 、同轴绝缘导线(半径为R0 ) 以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。该传感器主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化, 从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。
图3-1-2传感器原理图 (3) 测量原理 由图1 可知, 当可测量液位H = 0 时, 不锈钢管与同轴绝缘导线 构成的金属圆柱形电容器之间存在电容C0 , 根据文献得到电容量为: (1)式中, C0 为电容量, 单位为F ; ε0 为容器内气体的等效介电常数,单位为F/ m; L 为液位最大高度; R1 为不锈钢管半径;R0 为绝缘导线半径, 单位为m。当可测量液位)为H 时, 不锈钢管与同轴绝缘电线之间存在电容CH : (2) 式中, ε为容器内气体的等效介电常数, 单位为F/ m。因此, 当传感器内液位由零增加到H 时, 其电容的变化量ΔC 可由式(1) 和式(2) 得 (3) 由式可知, 参数ε0 , ε, R1 , R0 都是定值。所以电容的变化量ΔC 与液位变化量H 呈近似线性关系。因为参数ε0 , ε, R1 , R0 , L 都是定值, 由式(2) 变形可得:CH = a0 + b0 H ( a0 和b0 为常数) (4)。可见, 传感器的电
电容式传感器-精品课程——传感器与检测技术
第4章 电容式传感器 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它具有结构简单，分辨率高，抗过载能力大，动态特性好的优点，且能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。电容式传感器可用于测量压力、位移、振动、液位。 4.1 电容式传感器工作原理 平行板电容器是由绝缘介质分开的两个平行金属板组 成的，如图4.1所示，当忽略边缘效应影响时，其电容量与绝缘介质的介电常数ε、极板的有效面积S 以及两极板间的距离d 有关，即 S C d ε= （4.1） 若被测量的变化使电容的d 、S 、ε三个参量中的一个参数改变，则电容量就将产生变化。如果变化的参数与被测量之间存在一定的函数关系，那么被测量的变化就可以直 接由电容量的变化反映出来。所以电容式传感器可以分成3种类型：改变极板面积的变面积式、改变极板距离的变间隙式和改变介电常数的变介电常数式。 4.1.1 变面积式电容传感器 变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板，另一个是可移动的，称为动极板。根据动极板相对定极板的移动情况，变面积式电容传感器又分为直线位移式和角位移式两种。 1．直线位移式 其原理结构如图4.2所示，被测量通过使动极板移动，引起两极板有效覆盖面积S 改变，从而使电容量发生变化。设动极板相对定极板沿极板长度a 方向平移?x 时，电容为 0a x b ab xb C C C d d d εεε-??==-=-?() （4.2） 式中，0ab C d ε=，为电容初始值；电容因位移而产生的变化量为 a x C x d b C C C ?-=??-=-=?0 0ε。 电容的相对变化量为 a x C C ?- =?0 （4.3） 图4.1 平行板电容器 图4.2 变面积型电容传感器原理图
电容传感器测量纸张厚度..
精心整理 摘要 本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量 可以把 根据实 很小， 根 1.1 1.2 1.3简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 2.1详细介绍电容测厚装置 (6) 2.2设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 3.1仿真电路的建立 (9) 3.2仿真结果的分析 (13)
第四章对课程设计进行试验 (15) 4.1实验过程 (15) 4.2分析仿真与试验结果的差异 (15) 第五章设计体会 (16)
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 在现代高科技社会中，发展一些厚度测量装置具有非常重大的意义，厚度测量装置的使用将会大大的减少人力的投入，更加方便快捷的得到高精度，高质量的产品，此次我们研究得课题是布料厚度的测量，我们很容易联想到我们身边的各种丝质，棉质等布匹，但是如何在生产时得到等厚度的布料呢。这里就会用到厚度测量装置，运用电容式传感器对布料厚度进行测量，将会非常快捷， 1.2经过查微波，1.3当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为 图1-1平板电容器简图 δ εεδεS S C O r ==（1.3-1） 式中：S ——极板面积； δ——极板间距离； o ε——真空介电常数，o ε=8.851-12-m 10F ?； r ε——相对介电常数；