《传感器与检测技术》课件 广教版 项目3 重力和压力的检测；项目4 物位检测.ppt

4、运算式测量电路图4-13所示是运算式测量电路。根据集成运算比例放大器的工作原理，当放大器的开环增益和输入阻抗足够大时，输出电压与转换元件的电容变化呈线性关系，即:从上式可以看出，如果传感器是变极距电容传感器，则放大器的输出电压与极板间距为线性关系。运算放大器电路解决非差动式电容传感器的线性问题，但要求运算放大器输入阻抗和放大倍数足够大。4.1.4电容传感器应用1、电容传感器选用的基本原则由于被测介质的不同，电容式物位传感器有不同的形式。（1）测量非导电液体的电容物位传感器，当用于较稀的非导电液体（如轻油等）时，可采用一金属电极，外部同轴套上一金属管，相互绝缘固定，以被测介质为中间绝缘物质构成同轴套筒形电容器；（2）测量导电液体的电容物位传感器，容器（规则）和液体作为电容器的一个电极，插入的金属电极作为另一电极，绝缘套管作为中间介质，三者组成圆筒形电容器。当容器为非导电体时，需另加一个接地极，其下端浸至被测容器底部，上端与安装法兰有可靠的导电连接，以使两电极中有一个与大地及仪表地线相连，保证仪表正常测量；（3）当测量粉状非导电固体料位和粘滞性非导电液体液位时，可采用金属电极直接插入圆筒形容器的中央，将仪表地线与容器相连，以容器作为外电极，料或液体作为绝缘介质构成圆筒形电容器。所以应根据现场实际情况，即被测介质的性质（导电特性、粘滞性）、容器类型（规则/非规则金属罐、规则/非规则非金属罐），选择合适的电容式物位传感器。2、电容传感器安装注意事项安装物位传感器时应注意选取合适的安装点，避开下料口；注意信号线的屏蔽和接地,防止干扰。注意物料温度、湿度、运动速度的变化以及物料粘挂容器壁和电极等因素的影响，引起电容介电常数的变化。3、电容传感器的特点（1）电容式传感器的结构简单，易于生产，精度高。电容式传感器一般用金属作电极，用无机材料作绝缘支承，因此在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中工作时，它能承受很大的温度变化，能承受高压力、高冲击、过载等，而且能测量超高压。（2）由于传感器极板间的静电引力很小，需要的输入能量小，所以特别适合用来解决输入能量低的问题，如测量极小的力、压力和微小的位移等，由于其灵敏度很高，所以分辨率非常高，能测量0.001μm甚至更小的位移。（3）电容式传感器的可动部分可以做得小而薄，质量轻，因此固有频率高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，非常适合用于动态测量；也可以用较高频率的电压供电，因此系统工作频率高，可用于测量高速变化的参数，如振动等。（4）电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，故有利于选择温度系数低的材料，又由于传感器本身发热量极小，因此温度稳定性好。（5）电容式传感器在测量回转轴的振动或偏心、小型滚珠轴承的径向间隙等时，可以采用非接触式测量方法，具有平均效应，能够减小工件表面粗糙度等对测量的影响。任务实施

1、传感器的选型在自动化生产的今天，各种液位传感器数不胜数。在液位测量中如何选择最佳的液位测量方式，是摆在每个设计人员面前的首要问题。那么，液位测量如何选择最佳的测量方式呢？首先，必须对传感器的应用工况有较为清楚的了解。比如要了解被测液体属性，其中包括状态、颜色、腐蚀性、粘稠度、是否含杂质，是否需要符合食品卫生认证等，根据这些具体的工况要求，选用合适的传感器。比如：在日化用品乳霜的灌装过程中，需要监控储液罐高、低液位。就需要先对乳霜的物理属性有大致的了解：乳霜为流体状态，较粘稠，颜色为半透明乳白色，非腐蚀性，无需食品卫生认证。本任务要测量的是汽油，一般为淡黄色的粘稠液体，容器（油箱）一般为异形、非标准的。其次，了解不同测量方式的优缺点和其具有的功能。先清楚我们需要传感器达到哪些功能、是属于开关量输出还是模拟量输出，通常开关量/数字量输出用于报警或者保护作用，例如灌装时防溢报警、低液位防泵空转保护等；模拟量输出主要用于过程控制，包括灌装容量、液位显示、加料速度控制等。本任务需要模拟量输出。最后，对拟选用的测量方式是否为与工况相匹配的最佳测量方式做最终评估。具体包括产品的安装调试、应用温度、压力范围、价格等。根据以上分析，结合实际情况，我们选用CR-606电容式传感器。传感器如图4-14所示。任务3.3基于压电式传感器的物体压力检测3.3.2压电式传感器的测量电路1.等效电路如图3-27（a）所示，当压电片受力时，在两电极表面岀现等量而极性相反的电荷。当两极板聚集一定电荷时，两极板就呈现一定的电压，即可等效为一个电容器。因此，压电元件可等效为一个电荷源Q和一个电容Ca的并联电路，如图3-27（b）所示；也可等效为一个电压源Ua以和一个电容Ca的串联电路，如图3-27（c）所示。图3-27(