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　第6章　电容式传感器 ??????? 电容式传感器 概述 ??????? 电容式传感器 概述 ?????? 电容式传感器 概述 6.1电容式传感器的工作原理和结构 电容式传感器——将被测非电量的变化转换为电容量变化。 平板电容器的电容 根据被测参数的变化分： 变极距型电容传感器(d) 变面积型电容传感器(A) 变介质型电容传感器(ε) 6.1.2变极距型电容传感器 6.1.2变极距型电容传感器—基本特性 6.1.2变极距型电容传感器—基本特性 6.1.2变极距型电容传感器—灵敏度/非线性 1.灵敏度（变极距型） 2.非线性 6.1.3变面积型电容传感器 6.1.3变面积型电容传感器　 变面积型电容传感器的优点是: 输出与输入成线性关系,但与变极距型相比,灵敏度低,适用于较大角位移量及直线位移的测量。 6.1.4变介质型电容式传感器 柱式 6.1.4变介质型电容式传感器 平板式 小结 6.2电容式传感器的测量电路 电容传感器的特点：电容量小、变化更小（PF级）。理论上,交流电桥可作为电容传感器的测量电路,但由于电容及变化太小,不易实现。 常采用： 1.调频电路 2.运算放大器式电路 3.脉冲宽度调制电路 4、电桥电路 6.2.1调频电路 6.2.2运算放大器式电路 6.2.3脉冲宽度调制电路 C1充电,VF 。当VF Uc时,Q=0,信号反转,Q=1。C1经D1放电。 C2充电,VG 。当VG Uc时,Q=0，Q=1,再次反转。C2经D2放电。 6.2.3脉冲宽度调制电路 6.2.3脉冲宽度调制电路 6.2.3脉冲宽度调制电路 6.3电容式传感器的应用 电容式传感器的优点： (1)输入能量小而灵敏度高。 (2)精度高达0.01%。 (3)动态特型好，适合测量动态参数。 (4)能量损耗小。 (5)结构简单，环境适应性好(高温、辐射等) 缺点：电缆分布电容影响大。 集成电路、双屏蔽传输电缆等——降低分布电容影响。 广泛用于位移、压力、流量、液位等测量。 电容式传感器的应用举例 1.电容式料位计 ??? 电容式传感器 电容式传感器的应用举例 ．电容式压力传感器 电容式传感器的应用举例 电容式压力传感器 电容式传感器的应用举例 电容式压力传感器 6.3电容式传感器的应用（2） 加速度传感器 差动式电容测厚传感器 6.3电容式传感器的应用（3） 差动式电容测厚传感器 6.3电容式传感器的应用（4） 6.3电容式传感器的应用（4） 6.3电容式传感器的应用（5） 齿轮转动时,电容量发生周期性变化,通过测量电路转换为脉冲信号,则频率计显示的频率计显示代表转速。设齿数为z,频率为f,则转速为 6.3电容式传感器的应用（6） 6.3电容式传感器的应用（7） uA uB uAB t t t U1 U1 U0 0 0 0 T1 0 Uc uF t T2 0 Uc uG t 输出电压uAB经低通滤波后,便可得到一直流输出电压Uo,值为A、B 两点电压平均值uA与uB之差，即 式中:T1、T2分别为C1、C2充至Uc需要的时间,即A点和B点的脉冲宽度;U1为触发器输出的高电位。 设双稳态触发器输出高电平U1，低电平0,R1=R2 当d1=d0-Δd,d2=d0+Δd时,有 直流输出电压uAB与极距变化量成正比。 或 对于差动式变极距型电容式传感器, 对于差动式变面积型电容式传感器, (6-29) (6-30) 6.2.4电桥电路 交流电桥的多种形式 变压器电桥电路 缺点：由于电路输出为交流电，应进行相敏检波 后，才能辨别位移方向。 对于变间隙式差分电容传感器经分析推导可得： 优点：把变间隙式电容传感器的位移与电容的非线 性关系 转化为位移与输出电压的线性关系。 可得： 用于水泥、化工、罐装 等传感器静电容： 电容测深度、角度 高压侧进气口 低压侧进气口 电子线路位置 内部不锈钢膜片的位置 电容式差压变送器外形图 电容传感器盒膜结构片 P 2 玻璃盘 镀金层 金属 膜片 C 2 电极引线 p 1 C 1 结构： 测量膜片（金属弹性膜片）—— 动片； 两个玻璃球面上镀有金属 —— 定片； 膜片两侧左右两定中充满硅油。 工作过程： 当两室分别承受低压（PL） 和高压（PH）时，硅油能将 压差 传递到 测量膜片， 当PH=PL时，膜片处于中间位置，C1=C2； 当有差压作用时，测量膜片产生形变： PH PL时，膜片PL向弯曲，C1C2，； PH PL时，膜片PH向弯曲，C1C2；