单元三电容式传感器讲述.ppt

单元三 电容式传感器 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 任务二 电容式传感器的应用 电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它结构简单、体积小、分辨率高，可非接触式测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。广泛应用于压力、差压、液位、振动、位移、加速度、成分含量等多方面测量。随着电容测量技术的迅速发展，电容式传感器在非电量测量和自动检测中得到了广泛的应用。 电容式物料计 电容式接近开关 * * Company LOGO 任务导入 + + + ? A ? 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 式中：?——电容极板间介质的介电常数，?=?0?r ，其中?0为真空介电常数，?r极板间介质的相对介电常数； A——两平行板正对面积； d——两平行板之间的距离。 当被测参数变化使得式（3-1）中的A、d或?发生变化时，电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可以转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型3种 3-1 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 一 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 1 000~10 000 钛酸钡 4.0 聚氯乙烯 80 水 3.9 纤维素 47 丙三醇 3.8 二氧化硅 37 甲醇 3.5 石英玻璃 35~40 乙二醇 3.3 环氧树脂 20~25 乙醇 3~5 米及谷类 8.5 三氧化二铝 2.7 硅油 6~8.5 云母 2.3 聚乙烯 6 盐 2.2 石油 5.5~7.0 陶瓷 2.1 聚四氟乙烯 5.3~7.5 玻璃 2.0 纸 4.5 石英 1~1.2 其它气体 4.3 硬橡胶 1.000 00 真空 相对介电常数 材料 相对介电常数 材料 常用物料的介电常数 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 变极距型 变面积型 变介质型 如：a 、e图 如：b、c、d、f、g、h图 如：i、j、k、l 图 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 变极距型电容传感器 A εr h 若电容器极板间距离由初始值 d0 缩小了△d，则电容量增大了△C。 △d C=C0+C0 d0 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 二 电容式传感器的类型和原理 变面积型电容传感器 通过动极板移动引起两极板间的正对面积发生变化，从而得到电容量的变化。 电容变化量为： d △C =C－C0 ε0εrb△X ＝ ε0εrba d C0= 式中 为初始电容，电容的变化量为 平板电容式传感器 △C C0 △X a = 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 圆柱型电容式传感器 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 + + + 角位移式电容传感器 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 角位移式电容传感器 θ 定极板 动极板 当极板有一个角位移θ时，与定极板间的正对面积发生变化，从而改变两极板间的电容量。 θ C=C0－C0 π 传感器的电容量与角位移呈线性关系 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 变介质型电容传感器 d D h H ε ε1 测量液位 高低、介电常数 变换器的电容增量正比于被测液位的高度h 2πh（ε1－ε） C=C0 + ln d D 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 L0 L d0 εr1 εr2 当被测介质进入极板间 L 深度后，引起电容相对变化量为 △C C0 C－ C0 C0 = = （εr2－1）L L0 用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 电容式传感器的测量电路 调频电路 把电容式传感器作为振荡器调谐回路的一部分，当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。 △f 振荡器 限幅 放大器 鉴频器 △u △f △u CX L 电容变换器 将频率变化转化为电压振幅的变化 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 三 运算放大器式电路 C CX Ui U0 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 脉冲宽度调制电路 双稳态 触发器 A1 A2 uAB VD2 Ur VD1 Q R1 R2 A B Q CX1 CX2 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 uA 0 t uB 0 t 0 t uAB uF 0 t uG 0 t T1 T2 CX1 CX2 = A 、B 两点间的平均电压为0 任务一 电容式传感器的类型和工作原理 uA 0 t uB 0 t 0 t uAB uF 0 t uG 0 t T1 T2