课程设计ssssssssss.doc
《课程设计ssssssssss.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课程设计ssssssssss.doc(15页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、个人收集整理 勿做商业用途黄河科技学院课程设计电容式湿度传感器的应用 院 系: 信息工程学院电子系 专 业: 电子信息工程技术 班 级: 11电子 姓 名: 张 林 阳 学 号: 1106020003 指导老师: 杨 全 玖 时 间: 2012年12月23日 摘 要电容式传感器是将被测的非电量变化转换为电容量变化的一类传感器,它广泛应用在压力、湿度、温度和加速度等测鼍中。随着微电子机械技术的不断进步,已研制出包括电容式压力传感器、湿度传感器、加速度计、化学和生物传感器等产品。人类的生存和社会活动与湿度密切相关,随着现代化的实现,很难找出一个与湿度无关的领域来。在电子科学技术日益发达的今天,人类
2、对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。湿度的监测与控制在国民经济各个部门,如国防 、科研 、煤炭开采和井下监测以及人生活等诸多领域有着非常广泛的应用.众所周知,湿度的测量较复杂,而对湿度进行控制更不易。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代工作条件和环境的要求.为此,人们研制了各种湿度传感器,其中电阻和电容型湿度传感器以其测量范围宽,响应速度快,测量精度高,稳定性好,体积小,重量轻,制造工艺简单等显示出极大的优越性,在实际中得到了广泛应用.由于应用领域不同,对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看,同是湿度传感器,材料、结构不同,工艺不同。其性能和技术指标有很大差异,因而价格也
3、相差甚远。湿度是一个重要的物理量,航天航空,计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量,很多行业中,如发电、纺织食品、医药、仓储、农业等,对温度、湿度参量的要求都非常严格,目前,在低温条件下,湿度测量已经相对成熟,有商品化产品,并广泛应用于各种行业 ,另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度,如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合,这时,湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想,另外,在恶劣的环境下工作,例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时,将使精度大大下降。然而,随着科技的进步,人们对湿度的测量设备
4、进行了越来越深层的研究,本文就以电容型湿度传感器进行阐述。本文为互联网收集,请勿用作商业用途文档为个人收集整理,来源于网络关键词: 电容式传感器、硬件电路设计、测量范围、电容器的特性。目 录目录.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。11.绪论。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。2 1.1电容式传感器的工作原理。.。.。.。.。.。.。.。2 1。2电容式传感器的特点 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。52。系统设计。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.7 2.1硬件电路设计 。.。.。.。.。.。.。.。.。.7 2。2湿敏电容器的特性 .。.。.。.。.
5、。.。.。8 2。3电容式传感器数据处理 .。.。.。.。.。8 2.4测试结果 。.。.。.。.。.。.。.。.。.9结论.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。10致 谢 . . 。 。 。 。 。 。 。 . . . . 。 。 . 。 。 。 . 。 . 。 . 。 。 . 。 。 . . . 。 。 。 . . . 。 。 。 。 。 . 。 . . . . . . 。 . . . 。 . 。 。 .10参考文献 。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.11 21。绪论1.1电容式传感器的工作原理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装置,它本身就
6、是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单,体积小,动态响应好,灵敏度高,分辨率高,能实现非接触测量等特点,因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。 这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S、d 或任意一个参数发生变化时,电容量也随之而变,从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定,一个可变,使得电容式传感器有三种基本类型:变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量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。因此,常用的测量电路主要有桥式电
7、路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分,当输入量导致电容量发生变化时,振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量,用以判断被测非电量的大小,但此时系统是非线性的,不易校正,因此必须加入鉴频器,将频率的变化转换为电压振幅的变化,经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。调频电容传感器测量电路具有较高的灵敏度,可以测量高至0。01m 级位移变化量.信号的输出频率易于用数字仪器测量,并与计算机通信,抗干扰能力强,可以发送、接收以达到遥测遥控的目的。因此,在实际应用中,常采用差
8、动式结构,既使灵敏度提高1倍,又使非线性误差大大降低,抗干扰能力增强.电容式传感器,顾名思义,指的是电容与传感器的组合。它是传感器的其中一种,因而也是由敏感元件、传感元件、测量电路组成。所不同的是,它以各种类型的电容器为传感元件,将被测物理量的变化转化为电容量的变化,再经测量电路转换为电压、电流或频率,以达到检测或控制的目的.在过去,电容式传感器主要应用于位移、加速度、角度和振动等机械量的精密测量;现在多用于压力、压差、液位、成份含量等方面的测量。电容式传感器的特点是:测量范围大;灵敏度高;动态响应好;小功率、高阻抗;机械损失小;结构简单,适应性强;但寄生电容影响大,而且变间隙式电容传感器存在
9、非线性误差。电容式传感器的分类也是多种多样的,按工作原理可分为变间隙式(变极距型)、变面积式、变介电常数式(变介质型);按极板结构分为平板式和圆柱式;按被测量分为位移、压力、应力、湿度、温度等类型.xMabdN现在以平板电容器为例来说明其工作原理.如图1所示。图1平板电容器其电容为:,为极板间介质介电函数,为真空介电常数,(pF/cm),是介质相对介电常数,。当即板间距离(令:d=x)后的电容为。这是实际非线性关系。灵敏度,当x相对于do很小时可以近似为: 时,,这是理想的线性关系。理想情况下:x0C非线性误差: 图2变极距型传感器的特性曲线 由上述可知,可以通过提高灵敏度和减小非线性误差的方
10、法来改善电容式传感器的性能.但是影响电容式传感器的因素很多,温度、电容电场边缘效应和寄生或分布电容等等都会对电容式传感器产生影响。我们可以采取相应的措施来减少这些影响,如增大初始电容和加装等位环,静电屏蔽,电缆驱动等。 图3 运算放大器式电路原理图图4 差动式电容压力传感器结构图电容式传感器的运放测量电路原理图如图1-3所示,图中Cx为电容式传感器电容;Ui是交流电源电压;Uo是输出信号电压; 是虚地点.(传感器为平板电容,Cx=S/d)由运算放大器工作原理可得 此式说明运算放大器的输出电压与极板间距离d成线性关系。电容式传感器的应用比较广,主要用于测量位移、压力、速度、介质、浓度、物位等物理
11、量。相应地,产生了很多类型的电容式传感器,如电容式位移传感器、电容式压力传感器、电容式加速度传感器、电容式液位传感器等等。现以电容压力传感器为例说明其应用。如图14中所示膜片为动电极,两个在凹形玻璃上的金属镀层为固定电极,构成差动电容器。当被测压力或压力差作用于膜片并产生位移时,所形成的两个电容器的电容量,一个增大,一个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。1。2电容式传感器的特点电容式传感器具体特点如下: (1)结构简单,适应性强 电容式传感器结构简单,易于制造,精度高,可以做得很小,以实现某些特殊的测量,电容式传感器一般用金属作电极,以无机材料作绝缘支
12、承,因此可工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中,能承受很大的温度变化,承受高压力、高冲击、过载等;能测超高压和低压差。 (2)动态响应好 电容式传感器由于极板间的静电引力很小,需要的作用能量极小,可动部分可以做得小而薄,质量轻,因此固有频率高,动态响应时间短,能在几兆赫的频率下工作,特适合于动态测量;可以用较高频率供电,因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数、如振动等。 (3)分辨率高 由于传感器的带电极板间的引力极小,需要输入能量低,所以特别适合于用来解决输入能量低的问题,如测量极小的压力和很小的加速度、位移等,可以做得很灵敏,分辨力非常高,能感受0。001m ,甚至更小的位移
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程设计 ssssssssss
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。