电容传感器

信息技术学院

传感器原理课程单元设计报告

设计题目：电容传感器课程设计

姓名：运剑平

专业：电子信息工程

班级：

学号：

任课教师：

目 录

1 设计任务 (1)

2 系统硬件设计 (2)

2.1 设计方案 (2)

2.2 器件选择 (2)

2.3 硬件原理图 (3)

3 系统或装置应用场合 (5)

4 原理说明 (6)

5 测试方法 (6)

6 仿真结果 (7)

7 设计总结 (8)

1 设计任务

设计的电容式重量传感器电路，当被称重物差动改变电容的间距而使电容发生变化时，振荡器的振荡频率发生相应变化，在鉴频器上变换为振幅的变化，经放大转换成一个直流的高电平信号输出，在称重仪表显示。要求设计的传感器具有结构简单，能实现非接触测量，适应性强，体积小，灵敏度高，分辨率高等特点。

2 系统硬件设计

2.1 系统方案

在电感式压力传感器中，首先用弹性元件将被测压力转换成弹性元件的位移，再用电学的方法将位移转换成自感或互感系数的变化，最后由测量电路转换成与被测压力成正比的电流或电压输出。电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变化可以分为两种:变磁阻和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。

2.2 器件选择

表1 元件清单

2.3 硬件原理图

3系统或装置应用场合

重量传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全过载报警、材料试验机等领域。如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等。

4 原理说明

电容式称重传感器是把被称物体重量转换为电容容量变化的一种传感器。通常为差动变间距电容式称重传感器，采用调频电路，实际上就是一个具有可变参数的电容器。若C1=Cx,因两电容上叠加的交流电压值相等但相位相反，则U0=0。若C1≠C2，因两电容上叠加的交流电压值不等相位相反，则U0≠0，即桥路有输出电压。当被称重物差动改变电容的间距而使电容量发生变化时，R1前的电压变化，经过有A1（第一个运算放大器）构成的滤波器后，由A2（第二个运算放大器）和R5，R6，Rf构成的运算放大器进行放大，从而得到一个可用输出信号，根据输出电压的大小，可以计算出电容的变化量，进而测出所受重量。

5 测试方法仿真测试，结果如下：

6仿真结果

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7 设计总结

7.1系统设计优缺点

虽说电容式传感器有些缺点，例如输出具有非线性，寄生电容的影响往往降低传感器的灵敏度等。但是它的优点更为明显：功率小、阻抗高；静电引力小、动态特性良好；和电阻式传感器相比，电容式传感器本身发热影响小；可进行非接触测量；结构简单，适应性强，可以在温度变化比较大或具有各种辐射的恶劣环境中工作，因此电容式传感器具有很好的应用前景。

7.2心得体会

在这次设计过程中，我查阅了好多资料，解决电容式测重的设计要求，在将电容的变化量转换为频率变化和频率/电压转换的过程中遇到了很大的困难，自己所学的知识不能解决这个问题，后来通过翻阅相关知识，才解决了这些问题。虽说这个课程对自己来说有些难度，但是通过它，我提高了自己自学的能力，了解了一些原来没有接触过的知识，收获还是挺大的。