差动变面积式电容位移传感器设计.docx

课程设计说明书题目：差动变面积式电容位移传感器设计学院（系）：电气工程学院年级专业：学号：学生姓名：指导教师：提交日期：2012年1月6日燕山大学《传感器原理与设计》任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系学号090103020002学生姓名张晓丽专业（班级）09精仪1班设计题目具有长线补偿能力的直流放大器的称重传感器设计设计技术参数测量范围：-1mm～+1mm线性度（％Fs）:0.5分辨率（μm）:0.01灵敏度（PＦ／ｍｍ）：2.3设计要求1.理论设计方案及论证2.传感器结构设计、理论分析、参数计算3.测量电路设计、分析、参数计算4.寄生电容的干扰及消除5.绘出传感器的结构示意图和测量电路6.结合传感器试验平台，确定传感器的静态的灵敏度和线性范围。7.结合试验平台，设计电容传感器的电子秤应用试验8.提交课程设计说明书工作计划第一周：周1~周2：收集消化资料及拟定设计方案周3~周5：敏感元件、传感元件设计、转换电路设计第二周：周1~周3：设计结果实验验证与演示。周4~周5：撰写设计说明书，答辩。参考资料1.唐文彦《传感器》（第4版）机械工程出版社2007年2.李科杰《新编传感器技术手册》国防工业出版社2002年3.其他：传感器原理、接口电路、设计手册类参考书指导教师签字基层教学单位主任签字摘要差动式电容传感器灵敏度高、非线性误差小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效的改善高温等环境影响造成的误差，因而在许多测量场合中被广泛应用。把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。本设计采用变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化，电容式传感器的电容值十分微小，必须借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出。因此，本设计中采用了运算放大器，相敏检波器，以及低通滤波器等电路设计，并对这些单元电路进行了原理分析，通过参数的确定，实现位移向电压的转变。在本次设计中还涉及了寄生电容的消除，以及测量过程中的误差分析，从而保证了测量的精度和准确度。目录绪论.............................................................5二、方案设计…………………………………………………………..72.1设计分析……………………………………………………………72.2设计思路…………………………………………………………….72.3差动变面积式电容位移传感器介绍.............82.4差动变面积式电容位移传感器测量电路.........92.5电容器的选择及参数设计…………………………………12三、寄生电容的消除……………………………………………………..11四、单元电路的设计……………………………………………….144.1电桥电路的设计………………………………………………..144.2振荡电路的设计…………………………………………………….174.3放大电路的设计…………………………………………………184.4相敏检波器的设计………………………………………………204.5低通滤波器的设计……………………………………………………21五、误差分析………………………………………………………………..22六、心得体会…………………………………………………………………23七、参考文献…………………………………………………………………24一、绪论传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合性技术科学，是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大的促进了现代传感器技术的发展。同时我们也看到，传感器在日常生活中的运用越来越广泛，可以说它已经成为了测试测量中不可或缺的一部分。因此，学习、研究并在实践中运用传感器技术是具有重大意义的。本课程设计力图通过对常用传感器的设计运用，使我们更加深刻的认识理解并且运用传感器，并且将理论知识转化到实际运用方面，以培养我们学以致用的能力。电容传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。优点：1.其温度稳定性好:电容传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电机的几何尺寸和介质，且空气介质等介质损耗很小，因此只要从强度、温度系数等机械特性考虑，合理选择材料和结构尺寸即可，电容传感器工作室本身发热极小，影像稳定性甚微。2.结构简单且适应性强：电容传感器的结构简单，易于保证高的精度。一般用金属做电极，无机材料做绝缘支架，可以做得非常小巧。在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下都能正常工作。3.静电