第6讲电容式传感器讲述.ppt

电容传感器的测量电路-脉冲宽度调制电路 差动脉冲调宽电路原理图 Q B Q VD 2 VD 1 A R 2 R 1 F G C 1 C 2 A 2 A 1 u AB U r 双稳态 触发器 优点： 采用直流电源，其电压稳定度高 不存在稳频、波形纯度的要求 也不需要相敏检波与解调等 对元件无线性要求 经低通滤波器可输出较大的直流电压 对输出矩形波的纯度要求也不高 电容式传感器的应用 1.电容法测泥料水分 2.电容测厚传感器在板材轧制中的应用 电容式自平衡液位测量仪 电容式液位计 无油时，起始电容Cx=Cx0，若使Cx0=C0，此时输出为零，指针指零，电桥无输出，系统处于平衡状态E1Cx0=E2C0 油量变化时，Cx=Cx0+△Cx △Cx =k1·h 电桥不平衡→输出U放大→两相电机转动→减速 →指针指示→电位器电刷转动 → 改变E→电桥恢复平衡→输出电压为零、电机停止转动、指针停在某角度上。 ∴指针转角与h成线性关系 当燃油增大，h2增大，△C也增大；燃油减少，h2减少，△C也减小。通过测量电容的大小就能知道油量的多少。 圆柱型电容传感器的电容为 油量测量 电容式液位计 设定按钮 智能化液位传感器的设定方法：用手指压住设定按钮，当液位达到设定值时，放开按钮，智能仪器就记住该设定。正常使用时，当水位高于该点后，即可发出报警信号和控制信号。 液位限位传感器的设定 智能化液位限位传感器的设定按钮 超限灯 正常工作指示灯 设定按钮 电源指示灯 电容式接近开关 电容式压差传感器 凹玻璃圆片 弹性膜片(动电极) 固定电极 P 电容式差压传感器 差动型 P 弹性膜片(动电极) 固定电极 电容式压力传感器 单只变间隙型 hmax d0 CA CL CH C0 PH PL CA CL CH C0 C0 CA 等效电路 当PH=PL时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为C0；当PHPL时，中心膜片上凸，上部电容为CL，下部电容为CH。CH 相当于当前膜片位置与平直位置间的电容CA和C0的串联；而C0又可看成是膜片上部电容CL与的CA串联。 电容式称重传感器 电容式称重传感器 绝缘材料 定极板 动极板 极板支架 弹性体 在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成一排平行的平板电容，当称重时，钢体上端面受力，圆孔变形，每个孔中的电容极板间隙变小，其电容相应增大。由于在电路上各电容是并联的，因而输出反映的结果是平均作用力的变化，测量误差大大减小 （误差平均效应） 电容式称重传感器 F 电容式称重传感器 两个固定极板间有一个用弹簧片支撑的质量块m，质量块的两端面经抛光后作为动极板，当传感器测量竖直方向的振动时，由于m的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，两个差动电容器C1和C2的电容发生相应的变化,其中一个变大，另一个变小。 电容式加速度传感器 弹簧片 定极板2 质量块（动极板） 定极板1 绝缘体 a C1 C2 m 电容式位移传感器 电容式加速度传感器 装有传感器的假人 气囊 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器据此判断发生了碰 撞，于是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。 加速度传感器在汽车中的应用 汽车气囊的保护作用 使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气 。 汽车气囊的保护作用 (2)利用加速度传感器实现延时起爆的钻地炸弹 传感器安装位置 电容式传感器 电容传感器的工作原理 分类 电容传感器应用中需注意的问题 电容传感器的测量电路 电容式传感器的应用 电容式接近开关 电容式指纹传感器 电容式变送器 差压传感器 各种电容式传感器 以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。 被测参数：压力、力、液位和振动学等。 优点：结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格低廉。 缺点：电容式传感器的泄漏电阻和非线性等缺点也给它的应用带来一定的局限。 电容传感器的概述 电容传感器的工作原理 + + + d A ? 电容式传感器的基本工作原理如图所示，从中可看出，?，S，d三个参数都直接影响着电容量C的大小。所以电容式传感器可以分为三种类型： 电容式位移传感器的位移测量范围在1um—10mm之间，变极距式电容传感器的测量精度约为2%。变面积式电容传感器的测量精度较高，其分辨率可达0.3um。 变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数(ε )型: （i）～(l) 变极距型电容传感器 变d式电容传感器 1－定极板；2－动极板；3－介质 1