自动检测技术第3章电容式传感器及应用幻灯片.ppt

* * 3.3电容式传感器的应用 电容式传感器不但应用于位移、振动、角度、加速度及荷重等机械量的精密测量，还广泛应用于压力、差压力、液位、料位、湿度、成分含量等参数的测量。 * * 分类 1．电容式接近开关 2．电容式油量表 3．电容式差压传感器 4．电容测厚仪 * * 1．电容式接近开关 1—检测极板 2—充填树脂 3—测量转换电路 4—塑料外壳5—灵敏度调节电位器 6—工作指示灯 7—信号电缆 * * 工作过程（1） 检测极板设置在接近开关的最前端，测量转换电路安装在接近开关壳体内，用介质损耗很小的环氧树脂填充、灌封。当没有物体靠近检测极时，检测板与大地间的电容量C非常小，它与电感L构成高品质因数（Q）的LC振荡电路，Q=1（ωCR）。当被检测物体为地电位的导电体（如与大地有很大分布电容的人体、液体等）时，检测极板对地电容C增大，LC振荡电路的Q值将下降，导致振荡器停振。 * * 工作过程（2） 当不接地、绝缘被测物体接近检测极板时，由于检测极板上施加有高频电压，在它附近产生交变电场，被检测物体就会受到静电感应，而产生极化现象，正负电荷分离，使检测极板的对地等效电容量增大，使LC振荡电路的Q值降低。对能量损耗较大的介质（如各种含水有机物），它在高频交变极化过程中是需要消耗一定能量的，该能量是由LC振荡电路提供的，必然使Q值进一步降低，振荡减弱，振荡幅度减小。当被测物体靠近到一定距离时，振荡器的Q值低到无法维持振荡而停振。根据输出电压U0的大小，可大致判定被测物接近的程度。 * * 电容式接近开关 * * 2．电容式油量表 1—油料 2—电容器 3—伺服电机 4—减速器 5—指示表盘 * * 工作原理 当油箱中注入油时，液位上升至h处，电容的变化量ΔCX与h成正比，电容为CX=CX0+ΔCX。此时，电桥失去平衡，电桥的输出电压U0经放大后驱动伺服电动机，由减速箱减速后带动指针顺时针偏转，同时带动RP滑动，使RP的阻值增大，当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，U0=0，伺服电动机停转，指针停留在转角θX1处。可从油量刻度盘上直接读出油位的高度h。 当油箱中的油位降低时，伺服电动机反转，指针逆时针偏转，同时带动RP滑动，使其阻值减少。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，U0=0，于是伺服电动机再次停转，指针停留在转角θX2处。如此，可判定油箱的油量。 * * 3．电容式差压传感器 1—弹性膜片 2—凹玻璃圆片 3—金属涂层 4—输出端子 5—空腔 6—过滤器 7—壳体 * * 工作原理 当被测压力通过过滤器6进入空腔5时，金属弹性膜片1在两侧压力差作用下，将凸向压力低的一侧。膜片和两个镀金玻璃圆片2之间的电容量发生变化，由此可测得压力差。这种传感器分辨率很高，常用于气、液的压力或压差及液位和流量的测量。 * * 电容式差压变送器外形 * * 4．电容测厚仪 1—金属带材 2—电容极板 3—传动轮 4—轧棍 * * 工作原理 被测金属带材与其两侧电容极板构成两个电容C1和C2，把两电容极板连接起来，它们和带材间的电容为。当带材厚度发生变化时，将会导致两个电容器C1、C2的极距发生变化，从而使电容值也随之变化。把变化的电容送到转换电路，最后由仪表指示出金属带材变化的厚度。 * * 下课了，休息休息！ * * 第3章 电容式传感器及应用 * * 引言 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。 结构简单、分辨力高、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作 。 很有发展前途的传感器 。 * * 目录 3.1电容式传感器工作原理及类型 3.2电容式传感器的转换电路 3.3电容式传感器的应用 * * 3.1电容式传感器工作原理及类型 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 保持其中两个参数不变，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，通过测量电路就可转换为电量输出。 电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面积式和变介质式3种类型。 * * 3.1.1 变面积式电容传感器 面积变化式电容传感器在工作时的极距、介质等保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生改变。 变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板，另一个是可移动的，称为动极板。 * * 面积变化型电容传感器原理 * * （a）为平板形位移电容传感器。 设两个相同极板的长为b，宽为a，极板间距离为d，当动极板移动x后，电容Cx也随之改变。 电容的相对变化量和灵敏度为 * * 差动结构形式 提高测量精度 ，减少动极板与定极板之间的相对极距可能变化