自动检测与转换技术 教学课件 ppt 作者 罗振成 张桂枝 主编 杨兴 郭俊杰 副主编检测3 物位检测.ppt

项目3 水箱水位检测 项目要求 项目内容 知识点: 电容式传感器的原理、信号处理 技能: 电容式物位传感器的使用 拓展知识：电容式传感器的其他应用 1. 电容式传感器工作原理及类型 1）变极距型电容传感器 这种类型的传感器常常固定一块极板而使另一块极板移动，从而来改变间隙d以引起电容的变化。设间隙有一改变量Δd 初始电容： 2） 变面积型电容传感器 3） 变介电常数型电容式传感器 极板上覆盖有介质 如图所示，该电容器具有两不同的电介质，其介电常数分别为εr1和εr2，其介质厚度分别为a1和a2，且a1+a2=a0。整个装置可视为由两电容器串联而成，其总电容量C由两电容器的电容C1和C2所确定 2、电容式传感器测量电路 1）调频电路 2）运算放大器电路 3） 双T型电桥电路 4） 脉宽调制电路 5）电桥电路 1）调频电路 2）运算放大器式电路 最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性 3）二极管双T型电路 电路的特点 : ①线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响； ②电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定； ③输出阻抗为R，而与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点； ④适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式传感器 。 4）差动脉冲调宽电路 利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化 通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号 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 5）电桥测量电路 根据电桥平衡公式有： 其中实部有： 上式可通过调节可调电阻R1来满足，对虚部则有： 同样可通过调节可调电容器C1来实现。当电容传感器C2有变化时，则电桥相应地有输出。 电容传感器的最大缺点：易受连接电缆线形成的寄生电容的影响。 消除寄生电容的方法： 将后续电路的前级放置在紧靠电容传感器的地方，以尽量减少电缆长度及位置变化带来的影响。 采用等电位传输（亦称驱动电缆）技术 。 4、电容式物位开关 传感器放在料仓顶，探极垂直伸进料仓内，二次仪表放在控制室内。一般探极可作为电容的一个极板，仓壁可作为另一个极板。传感器把料位的变化转变成与之对应的电脉冲信号，远传给二次仪表处理，用液晶模拟显示料位的高低，并有四点超限报警输出，防止冒罐和空仓报警。 在储灰罐顶部安装电容物位计，当罐内灰的高度发生变化时，就直观地反映在物位计二次表的光柱和数字显示上，并输出4-20mA变送信号，在高度到达指定上限、下限位置时，还可以输出继电器开关量，以达到测量和控制罐内灰的高度的目的。 5、接线 6.其它电容式传感器 1）电容式差压传感器 2）电容式加速度传感器 3）电容式振动传感器 电容式差压变送器内部结构 1—高压侧进气口 2—低压侧进气口 3—过滤片 4—空腔 5—柔性不锈钢波 纹隔离膜片 6—导压硅油 7— 凹形玻璃圆片 8—镀金凹形电极 9—弹性平膜片 10—? 腔 各种电容式差压变送器外形 利用电容差压变送器测量液体的液位 差压变送器 电容式油量表 当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为?m处。当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（? x 处）。 电容式接近开关外形 齐平式 电容式传声器 电容式集成加速度传感器ADXL50g 容栅 触摸屏 施加在高压侧腔体内的压力与液位成正比： p =? g h 2 3 1 B 面 A 面 5 4 6 C x 1 C x 2 1、5 －固定极板 2－壳体 3－簧片 4 －质量块 6－ 绝缘体 精度较高，频率响应范围宽，量程大，可以测很高的加速度 电容式加速度传感器 非齐平式 * 水箱水位检测 S ——极板相对覆盖面积； ??? d ——极板间距离； ??? ε ——电容极板间介质的介电常数 d S ε 变极距(d）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数(ε )型: （i）～(l) 若极距缩小△d 电容传感器的灵敏度 实际应用中为提高传感器的灵敏度，常采用差动式结构。 由此可得灵敏度 当动极板相对于定极板沿着