第5章 电容式传感器精讲.ppt

在双稳态触发器的两输出端各自产生一个宽度受C1、C2调制的脉冲波形。 当C1=C2时，AB两点之间的平均电压为零； 当C1C2时，t1t2，经低通滤波器后，获得的输出电压平均值Uo为正值 当C1C2时，t1t2, 获得的输出电压平均值Uo为负值 脉冲调制电路的 特点 输出的脉冲宽度与差动电容传感器的变化量呈线性关系； 双稳态输出信号为100KHz~1MHz的矩形波； 响应快； 采用直流电源激励，电压稳定度高。 5.3 电容传感器的应用 测量直线位移 角位移 振动 压力 液位 转轴回转精度 轴心动态偏摆 对非金属进行测量 涂层 油膜厚度 电介质的湿度、容量、厚度 检测塑料、木材、纸张、液体等电介质参数 一、硅微电容加速度传感器 在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C1、C2。 当硅微电容加速度测试单元感受到上下振动时，C1,C1呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号调理电路将C的变化量转换成直流输出电压。 加速度传感器在汽车中的应用 当测得的负加速度值超过设定值时，气囊电控单元据此判断发生了碰撞，就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。 装有多种碰撞参数测量传感器的假人 气囊 二、湿敏电容传感器 利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水的相对介电常数为80），所以电容量增大。 三、电容式油量表 油量指针表的转角与RP的阻值成正比 RP的阻值又正比于液位高度 当油箱中无油时，电容传感器的电容Cx 0为最小值。此时应使电桥输出为零。 当油箱中注入油，液位上升至h处，Cx=Cx0+ΔCx，ΔCx与h成正比。此时电桥失去平衡，电桥的输出电压Ubdo经放大后驱动伺服电动机，再由减速箱减速后，带动指针顺时针偏转，同时带动RP的滑动臂向c点移动，从而使RP的阻值增大，Rcd =R3+RRP也随之增大。当RP阻值达到一定值时，(Cx0+ΔCx)/C0=(R3+RRP)/R4，电桥又达到新的平衡状态，Ubdo再次等于零，于是伺服电动机停转，指针停留在转角为θmax处。 当油位降低时，伺服电动机反转，指针逆时针偏转，同时带动RP的滑动臂移动,使RP阻值减小。当RP阻值达到某一数值时,电桥又达到新的平衡状态，Uo=0，于是伺服电动机再次停转,指针停留在与该液位相对应的转角θ处。 油量指针表的转角与RP的阻值成正比 四、电容式接近开关 电容式接近开关的核心是以电容板作为检测端的电容传感器 电容接近开关的感应板由两个同心圆金属平面电极构成。 当没有被测物体靠近电容接近开关时，由于C1与C2很小，RC振荡器停振。当被测物体朝着电容接近开关的两个同心圆电极靠近时，两个电极与被测物体构成电容C，接到RC振荡回路中，等效电容C等于C1、C2的串联结果。 当C增大到设定数值后，RC振荡器起振。振荡器的高频输出电压uo经二极管检波和低通滤波器，得到正半周的平均值。再经直流电压放大电路放大后，Uo1与灵敏度调节电位器RP设定的基准电压UR进行比较。若Uo1超过基准电压时,比较器翻转,输出动作信号(高电平或低电平),从而起到了检测有无物体靠近的目的。 电容接近开关的规格 不同材料的非金属检测物对电容式接近开关动作距离的影响 5.4 压力、液位和流量的测量 一、压力传感器分类： 绝对压力传感器 差压传感器 表压传感器/压力传感器） 二、差压力传感器 两个电容的变化量与压差成正比，与介电常数ε无关。 可用来测量真空或微小绝对压力。 三、利用电容差压变送器测量液体的液位 p1 = p0 +? g h1 Δp 四、流量测量 流量（Flow）是指流体在单位时间内通过某一截面的体积数或质量数，分别称为体积流量qV和质量流量qm。 测量流量的方法有流速法、容积法、质量法、水槽法等。 流速法中，又有叶轮式、涡轮式、卡门涡流式（又称涡街式）、热线式、多普勒式、超声式、电磁式、差压节流式等。 四、流量测量 a）流体流经节流孔板时，流速和压力的变化情况 b）测量液体时导压管的标准安装方法 c）测量气体时导压管的标准安装方法 管道中流体流速越高，压强就越小，流体在节流后的压力将小于未节流前的压力。 节流装置两侧的差压与通过的流量有关。流量为0，差压为0，流量越大，差压越大。 电容传感器应用 测量管道液位高度 电容式指纹传感器 课堂作业 5.3 5.5 第5章 电容式传感器capacitive sensors 电容式传感器 电容元件 非电量 电容量变化 1920~1925 电容传感器用于测量 70~80年代，应用广泛 集成电容传感器 主要内容 5.1