1、word目錄摘要-2一、設(shè)計(jì)要求-3二、EWB軟件的使用-3三、相關(guān)器件介紹及靈敏度-3四、電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式-5五、電路原理分析-6六、測(cè)量結(jié)果-11七、個(gè)人工作-11八、課程設(shè)計(jì)心得-11摘要傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一。傳感器是將能夠感受到的及規(guī)定的被測(cè)量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量輸入量的局部；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺艿幕蝽憫?yīng)的被探測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)的局部。電容式傳感器不但廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的精密測(cè)量而且還逐步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用

2、于壓力、差壓、液面、料面、成分含量等方面的測(cè)量。根據(jù)可以把電容傳感器分為極距變化型電容傳感器、面積變化型電容傳感器、介質(zhì)變化型電容傳感器。根據(jù)實(shí)際不同的需求，可以利用不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的功能。電容式傳感器的特點(diǎn)：1小功率、高阻抗。電容傳感器的電容量很小，一般為幾十到幾百微微法，因此具有高阻抗輸出；2小的靜電引力和良好的動(dòng)態(tài)特性。電容傳感器極板間的靜電引力很小，工作時(shí)需要的作用能量極小和它有很小的可動(dòng)質(zhì)量，因而具有較高的固有頻率和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；3本身發(fā)熱影響小4可進(jìn)行非接觸測(cè)量。紙張厚度測(cè)量是基于變介電常數(shù)電容傳感器的一種精密測(cè)量，它可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的厚度測(cè)量，根據(jù)電容電路的特性分析可以知

3、道所測(cè)紙張的厚度。關(guān)鍵字：電容傳感器敏感元件高阻抗紙張厚度測(cè)量一、設(shè)計(jì)要求利用變介電常數(shù)電容傳感器為根本的控制核心，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的紙張厚度的測(cè)量的功能。2、 EWB軟件的使用ElectronicsWorkbench(簡(jiǎn)稱EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。使用步驟：放置器件，并調(diào)整其位置和方向設(shè)置器件屬性連接電路觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，保存電路及仿真結(jié)果三、相關(guān)器件介紹所需元件清單：1信號(hào)發(fā)生器5V交流電源，頻率100HZ2儀用放大器AD620一個(gè)31.5PF電容一個(gè)4自制0.9PF電容一個(gè)5電壓表一個(gè)0-10V6開(kāi)關(guān)一個(gè)7A4紙假設(shè)干張信號(hào)發(fā)生器：信號(hào)發(fā)生器是一種能提供各種頻率、波形和輸出電平電信號(hào)，

4、常用作測(cè)試的信號(hào)源或鼓勵(lì)源的設(shè)備。利用信號(hào)發(fā)生器可以后的測(cè)量電路所需要的100HZ、5V的電壓。運(yùn)算放大器：可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，一般具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的放大器。利用放大器可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大。自制電容參數(shù):極板面積9，極板間距近似a=8.85mm，網(wǎng)上查詢資料得紙張的相對(duì)介電常數(shù)=24，本說(shuō)明中取居中=3，紙張厚度d=0.075mm，自制電容如以下圖所示。靈敏度：傳感器的靈敏度是指?jìng)鞲衅鬏敵龅淖兓颗c引起該變化量的輸入的變化量之比即為其靜態(tài)靈敏度，靈敏度表達(dá)式對(duì)于線性傳感器，其靈敏度為常數(shù)，也就是傳感器特性曲線的斜率。對(duì)于非線性傳感器，靈敏度是變量，其表達(dá)式為一般要求傳感器的

5、靈敏度較高并在滿量程內(nèi)是常數(shù)為佳，這就要求傳感器的輸出輸入特性為直線線性。自制電容的相對(duì)變化量：式中：，為靈敏度因子和非顯性因子。四、電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，通過(guò)電容傳感元件，將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為物理量的變化。因此電容式傳感器的根本工作原理可以用圖1-1所示的平板電容器來(lái)說(shuō)明。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，平板電容器的電容為1-1式中：S極板面積；極板間距離；真空介電常數(shù)，=8.85；相對(duì)介電常數(shù)；電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。當(dāng)極板面積S、極板間間距保持不變，而插入相對(duì)介電常數(shù)為的介質(zhì)，此時(shí)構(gòu)成的電容傳感器為變介電常數(shù)電容傳感器，保持介電常數(shù)不變而改

6、變介質(zhì)的厚度，如以下圖所示。1-2式中:S測(cè)量電容的極板面積；a測(cè)量電容的極板間距離；d插入電容的測(cè)量紙張的厚度；真空介電常數(shù)，=8.85；紙張的相對(duì)介電常數(shù)；五、電路原理分析電路原理圖根據(jù)放大器原理可以得出即即輸出電壓與紙張的厚度成線性比例關(guān)系。因?yàn)檩斎腚妷簽榻涣麟娫?，輸出電壓為交流電壓的有效值，那么根?jù)以上公式帶入測(cè)量參數(shù)得當(dāng)電容極板間沒(méi)有放入紙張時(shí)，可以得到電容此時(shí)電壓表輸出電壓為如圖當(dāng)極板間放入一張紙時(shí)，此時(shí)的電容為輸出電壓為如圖相對(duì)于沒(méi)有放紙時(shí)的電壓變化當(dāng)極板間放入2張紙時(shí)，電容大小變?yōu)榇藭r(shí)的輸出電壓為如圖相對(duì)于放一張紙時(shí)的電壓變化假設(shè)放入電容極板間的紙張的數(shù)目未知，設(shè)為N張那么電路

7、的輸出電壓為此時(shí)相對(duì)沒(méi)有放入紙張時(shí)的變化電壓為所以插入A4紙的張數(shù)為因?yàn)殡妷罕盹@示的是電路的有效電壓值，所以輸出電壓是穩(wěn)定的，在此繪制輸出電壓與插入紙張的線性特性曲線圖。由于輸出電壓與紙張的厚度成線性比例關(guān)系，所以其靈敏度為常數(shù)，也就是輸出電壓的特性曲線的斜率，即靈敏度為誤差分析：由于沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際電路操作，故沒(méi)有方法進(jìn)行誤差分析。消除誤差的方法有1、消除和減少邊緣效應(yīng)設(shè)計(jì)帶保護(hù)環(huán)的電容傳感器；2、提高設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的絕緣性能；3、消除和減少寄生電容的影響增加傳感器的原始電容值；集成化；運(yùn)算放大器法；采用“驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。六、測(cè)量結(jié)果根據(jù)上述先行表達(dá)式，繪制以下一一對(duì)應(yīng)表格七、個(gè)人工作本次課程設(shè)計(jì)，前兩天我一邊查詢有關(guān)關(guān)于課題方面的資料，一邊學(xué)習(xí)EWB軟件的使用，之后我用EWB軟件仿真模擬了調(diào)頻測(cè)量電路、交流電橋測(cè)量電路、運(yùn)算放大器式測(cè)量電路二極管雙T型交流電橋，由于我個(gè)人能力有限，在調(diào)試測(cè)量電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出的電壓有很大區(qū)別，綜合各方面的考慮，最終選擇了簡(jiǎn)單方便的運(yùn)算放大器測(cè)量電路。確定好電路之后，我開(kāi)始對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，并運(yùn)用課本知識(shí)計(jì)算自制電容大小，什么樣的、多大的電容適宜。做好電容之后，開(kāi)始分析電路，得出處理方法和結(jié)果，最后撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。八、課程設(shè)計(jì)心得課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)