传感器课件第三章 电容传感器.ppt

目录 先认识电容式传感器 本章主要内容 3.1 电容式传感器工作原理和类型 (1)变极矩式（2）变面积式（3）变介电常数式 3.2 电容式传感器主要特性 (1)变极矩型（2）变面积式（3）变介电常数式 3.3 电容式传感器的等效电路 3.4 电容式传感器的测量电路 （1）交流电桥（2）变压器电桥（3）二极管双T型电路 （4）差动脉冲调宽电路（5）运算放大器式电路 3.5 主要性能和设计要点 （1）主要性能（2）设计要点 3.6 电容式传感器的应用举例 （1）电容式料位计（2）电容式压力传感器（3）电容测厚仪 （4）电容测位移 （5）智能型电容传感器（6）电容式接近开关 3.6 电容式传感器的应用举例 2．电容式压力传感器 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 3.6 电容式传感器的应用举例 2．电容式压力传感器 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； 将这种电容变化通过电路转换为电压变化 3.6电容式传感器的应用举例 2．电容式压力传感器 电容传感器盒膜结构片 第3章电容式传感器 安徽工程科技学院 本章主要内容 掌握电容传感器工作原理和类型 掌握电容传感器输出特性，即传感器的输入输出特性； 熟悉电容式传感器的主要测量电路，能对电路进行分析； 了解电容式传感器的设计要点 了解电容式传感器的应用举例 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 认识各种电容式传感器 硅微电容式传感器 测量管道液位高度 认识各种电容式传感器 3.1 电容传感器工作原理和类型 ε0：真空介电常数 ε r:：极板间介质相对介电常数 δ ：极板间距离 s ：极板面积 3.1 电容传感器工作原理和类型 (1)变极距型传感器 3.1 电容传感器工作原理和类型 (2)变面积型传感器 3.1 电容传感器工作原理和类型 (3)变介质型传感器 3.2 电容传感器输出特性 1. 变极距型 初始电容 当 减小 时 电容 C 增加 ε C0 C ΔC 关系曲线过程 电容相对变化 3.2 电容传感器输出特性 1.变极距型（ ） 传感器灵敏度: 3.2 电容传感器输出特性 1 变极距型（ ） 讨论： 灵敏度K与极板间距平方成反比，极距愈小，灵敏 度愈高。 电容量C与极距δ呈非线性关系，减小初始极距将引起非线性误差,只适合于微位移的测量。 初始极距过小容易引起电容器击穿或短路。为此, 极板间可采用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质。 为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构。 3.2 电容传感器输出特性 1.变极距型（ δ ） 差动结构的电容特征方程式为： 相对非线性误差为 结论： 差动式电容传感器比单个电容灵敏度提高一倍; 非线性误差减小. 3.2 电容传感器输出特性 2. 变面积型（S） 平板电容：当动极板移动ΔX后两极板间电容量为： 初始电容 电容的相对变化量 b a δ △x 3.2 电容传感器输出特性 2 变面积型（S） 结论： 变面积式电容传感器灵敏度K为常数； 输出特性为线性； 适合大位移测量。 平板变面积型电容传感器灵敏度 3.3.2 电容传感器输出特性 3. 变介电常数式（ε） d不变， ε改变，如：测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。 ε不变，d改变，如：测量纸张、绝缘薄膜等的厚度 d ε0ε r s 气隙 δ 3.2 电容传感器输出特性 3.变介电常数式（ ε ） ??测液位高度 ε1：液体介质的介电常数 ε0: 空气的介电常数； H: 电极板的总长度； d 、 D：电极板的内、外径； Rp RC L C RC：串联损耗电阻。引线电阻、金属极板电阻等。 Rp：并联电阻。直流漏电阻、气隙介质损耗等。 L：电容器及引线电感。 电容传感器测量必须在同样条件下进行。 改变电源频率、更换电缆，必须重新标定。 传感器有效电容计算： 3.3 等效电路 Ce Re L re Ce （1）交流电桥 3.4 测量电路 平衡条件为 （2）变压器电桥 等效电路图 说明： ⑴Z→∞时，U