《传感器检测技术》课件——第六章液位检测技术.pptxVIP

传感器与检测技术

6.1电容传感器的工作原理第六章液位检测技术

电容传感器的工作原理电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容变化的一种传感元件。电容式传感器的测量原理框图如下图。

电容传感器的工作原理应用与特点电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量广泛用于位移、振动、角度、加速度以及压力、差压、液面（料位）、成份含量等方面的测量。特点：结构简单、体积小、分辨率高可实现非接触式测量动态响应好能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作电容量小，功率小，输出阻抗高，负载能力差，易受外界干扰产生不稳定现象

电容传感器的工作原理电容式传感器的工作原理平板结构一个平行板电容器，如果不考虑其边缘效应，则电器的容量为若保持其中两个参数不变，通过被测量的变化改变其中的一个参数，就可把被测量的变化转换为电容量的变化。这就是电容传感器的基本工作原理。?-极板间介质的介电常数，?0-真空介电常数，?r-极板间介质的相对介电常数，A-两个平行板覆盖面积，d-两平行板之间的距离

电容传感器的工作原理电容式传感器的分类在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过测量电路转换为电量输出平板电容式传感器的种类：变极板间距离的变极距型改变极板面积的变面积型改变介质介电常数的变介质型变极矩型变面积型变介质型

电容传感器的工作原理电容式传感器的各种结构

电容传感器的工作原理变面积型电容式传感器电容量变化为电容改变量与位移成线性关系

电容传感器的工作原理变面积型电容式传感器设两极板全重合（θ=0）时的电容量为C0。动片转动角度θ后，电容量变为Cθ扇形面积电容量变化角度的变化与电容的变化成线性关系电容改变量与角位移呈线性关系

电容传感器的工作原理变面积型电容式传感器当外力使电容器的动极板（内圆柱）发生位移后，电容器的电容量变为电容量的相对变化为

电容传感器的工作原理变极距型电容式传感器简化：近似线性关系

电容传感器的工作原理击穿问题一般极板间距在25～200um范围内，而最大位移应小于间距的十分之一，因此这种电容式传感器主要用于微位移测量。

电容传感器的工作原理变介质型电容式传感器

电容传感器的工作原理(1)线位移设极板宽度为b，长度l，间距d0。板间无介质εr2时：插入介质εr2后：线性关系

电容传感器的工作原理(1)线位移设极板宽度为b，长度l，间距d0。板间无介质εr2时：插入介质εr2后：线性关系

电容传感器的工作原理(2)液位2R2rhhx线性关系

电容传感器的工作原理基本变极距式电容传感器工作原理设εr和A不变，初始状极距为d0时，电容器容量C0板间距离减小时电容量的相对变化与间隙的相对变化成正比。板间距离增大时，电容量的相对变化。

电容传感器的工作原理灵敏度非线性误差

电容传感器的工作原理差动结构变极距式电容传感器为了提高测量的灵敏度，减小非线性误差，改善线性度，实际应用时常采用差动式结构。差动式电容器结构输出灵敏度提高了一倍非线性误差

电容传感器的工作原理差动的好处灵敏度得到一倍的改善线性度得到改善

6.2.1超声波传感器的结构辐射与波式传感器

超声波传感器的结构超声波传感器超声波技术是以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术;通过超声波的产生传播接受等物理过程完成。超声波传感器主要功能是产生、接收超声波信号。根据超声波的各种物理特性，使它在检测技术中获得广泛应用。如：超声波测距、测厚、测流量、无损探伤、超声成像。

超声波传感器的结构超声探头的分类（1）按工作原理分类。按照工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等（2）按波型分类。按照在被探工件中产生的波型可分为纵波探头、横波探头和表面波探头（3）按入射声束方向分类。按入射波束方向可分为直探头和斜探头。（4）按晶片数目分类。按照探头中压电晶片的数目可分为单晶探头、双晶探头和多晶片探头把发射部分和接收部分均称为超声波换能器，也称为超声波探头

超声波传感器的结构压电式超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上时引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。

超声波传感器的结构主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜、引线等组成。压电晶片多为圆板形，厚度为δ。超声波频率f与其厚度δ成反比。压电晶片的