《传感器检测与应用》项目5 位置的检测.pptx

传感器检测与应用;任务5.1： 饮料包装中液位的自动检测 ;任务5.1： 饮料包装中液位的自动检测 ;任务5.1： 饮料包装中液位的自动检测 ;电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件将被测物理量的变化转化为电容量的变化，再经过测量转换电路转换为电压、电流或频率等参量。; 左式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？ ;电容传感器的基本理想公式;二、电容式传感器的类型和特性;（1）结构;（2）变面积式电容传感器的特性;2、变极距式;变极距式电容传感器的特性曲线 ;特点： ;改进：差动式电容传感器;3、变介电常数式 ;; 根据上表，分析不同介质对变介电常数电容器的影响。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么非电量？;变介电常数式电容传感器可以检测片状材料的厚度、性质，颗粒状物体的含水量以及测量液体的液位等。 当某种介质处于两极板间时，介质厚度δ越厚，电容量也就越大。;小结;三、测量转换电路 ; （2）差动接法 采用差动电容传感器，其输出电压的大小与传感器电容的变化量成正比；相位须由相敏检波电路分辨，才能检测出电容传感器的位移方向。; 调频电路将电容式传感器作为 LC 振荡器谐振回路的一部分，当电容传感器工作时，电容Cx 发生变化，就使振荡器的频率 f 产生相应的变化。 ;调频（FM）电路;3、脉冲宽度调制电路;任务5.1： 饮料包装中液位的自动检测 ;一、电容式传感器的设计要点;2、消除和减小边缘效应 前面的分析均忽略了边缘效应，但实际上当极板厚度与间隙之比较大时，边缘效应就不能忽略。边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低而且产生非线性，因此应尽量消除或减小它。;3、消除和减小寄生电容的影响 所谓寄生电容，是指除极板外导致并介于电容传感器上的其他附加电容，如仪器与几班见构成的电容和引线的分布电容等。它不仅改变了电容传感器的电容量，而且由于传感器本身电容量很小，寄生电容极不稳定，从而导致传感器不能正常工作。因此，消除和减小寄生电容的影响???电容式传感器实用性的关键。 ;4、防止和减小外界干扰 电容传感器是高阻抗传感元件，很易受外界干扰的影响。当外界干扰（如电磁场）在传感器上和导线之间感应出电压并与信号一起输至电子线路时就会产生误差。干扰信号足够大时，仪器无法正常工作，甚至会损坏。此外。接地点不同所产生的接地电压差也是一种干扰信号，会给仪器带来误差和故障。要通过某些措施防止和减小干扰。;二、电容式传感器实现液位的检测 ;电容式液位计;电容式液位限位传感器;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;（2）测量非导电液体; 当被测液体（绝缘体）的液面在两个同心圆金属管状电极间上下变化时，引起两电极间不同介电常数介质（上半部分为空气，下半部分为液体）的高度变化，因而导致总的电容量变大。 ; 经推导可知变介电常数式电容传感器其电容与位移或液体高度成线性关系，可由以下表达式表示：;2、电容式物位传感器的结构;3、电容式物位传感器的输出电路;【实例】电容式油量表 ;电容式油量表; 上页所示的油量表在倾斜状态时可以使用吗？为什么？;1、液位检测基本原理 以玻璃瓶装饮料为例，电容传感器的两块电极放置在瓶颈两侧，电极与瓶颈之间留有一定的间距，以免瓶子在输送带上运行时碰撞到电极，电极的离度以液位在电极的检测范围内为宜。这样两电极间有三种介质，分别是饮料，玻璃和空气。; 已知饮料(水)为极性电介质，其相对介电常数为81，玻璃和空气属非极性电介质，介电常数分别势2.2和1。由于水的介电常数远大予空气和玻璃的介电常数，所以瓶中液位的变化将明显改变检测电极的电容。当液位增加时，电容增大，液位降低时，电容减小。失了检测电容的变化，把传感器电容C和固定电阻R串联起来，接在高频信号源上。高频振荡源产生稳定的正弦波，当电容增大时，电路阻抗降低，流过R上的电流量增大，R上的电压增大。把R上的电压放大、整流、滤波后就可以得到稳定的直流电压输出，通过和给定的电压值进行比较，就可以判断液位是否合格。;2、传感器电路设计 1）振荡源电路 晶体振荡电路具有很高的频率稳定度，输出振幅稳定，受温度变化影响小，容易起振。这些优点满足了高频振荡源的设计要求。本电路采用一个调谐式晶体管晶体振荡电路。晶体呈感性。Lo、Co够成输出调谐电路，使回路呈容性，同时还能滤除高次谐波，得输出接近正弦的波形。整个电路实际为一个标准的电容三点式振荡器。;2）检测电路 本电路使用集成芯片TCA440作为混频器，此芯片不仅包含吉尔伯特双平衡混频电路还包含4级