电容式传感器.pptxVIP

电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化。;特点： （1）结构简单、体积小、分辨率高； （2）可实现非接触测量； （3）动态响应好； （4）能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作； （5）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。;6.1 电容式传感器的工作原理;在A、d、ε三个参量中，保持其中两个参数不变，改变其中一个量，均可使电容量C改变。 也就是说，如果被检测参数(如位移、压力、液位等)的变化引起A、d、ε三个参量中之一发生变化，就可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。 据此，电容式传感器可分为以下三大类： (1) 变极距型电容传感器； (2) 面积变化型电容传感器； (3) 介质变化型电容传感器。;三种类型：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) ;6.1.1 变极距型电容传感器;击穿问题;6.1.2 变面积型电容传感器;用于角位移测量的电容式传感器当动片有一角位移? 时，两极板间的覆盖面积就改变，从而改变了电容量。;平面线位移型;原理——各种介质的介电常数不同，在电容器极板间插入不同的介质，电容器的电容量不同。 常用来测量液体液位和材料厚度。;当L=0时，传感器的初始电容;例：某电容式液位传感器由直径为40mm和8mm的两个同心圆柱体组成。储存灌也是圆柱形，直径为50cm，高为1.2m。被储存液体的εr ＝1.2。计算传感器的最小电容和最大电容以及当传感器用在该储存灌内时的灵敏度。 ;6.2 电容式传感器的主要性能;1、灵敏度;可见;1、灵敏度;2、非线性; 为了提高灵敏度和减小非线性，以及克服某些外界条件如电源电压、环境温度变化的影响，常采用差动式的电容传感器，其原理结构如图所示。 ;采用差动形式，并取两电容之和为输出量;指纹识别传感器;电容式指纹识别传感器; 当用户的手指放在上面时，金属导体阵列-绝缘物-皮肤构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变???。;6.3 电容式传感器的测量电路;1、桥式电路 （2）双臂电桥;1、桥式电路 （2）双臂电桥;2、调频电路;2、调频电路;3、运算放大器式电路;4、二极管双T型电路;4、二极管双T型电路;4、二极管双T型电路;5、差动脉冲调宽电路（差动脉冲宽度调制电路）;工作原理：传感器的电容器充放电时，电容量的变化使电路输出的脉冲宽度随之变化，经低通滤波器得到与被测量变化相应的直流信号。;当电源接通时， 设双稳态触发器的A端为高电位，B端为低电位； A点通过R1对Cl充电，C点电位Uc上升，直至UC=UF； 比较器A1产生一个脉冲，触发双稳态触发器翻转； A点为“0”，B点为“1”。此时C点电位经二极管VD1迅速放电至0；;波形分析： 双稳态触发器A、B两端均产生一个宽度受C1、C2电容变化影响的方波。 C1=C2时，A、B两点输出的脉冲宽度相等； A、B两点平均电压UAB=0； C1、C2充电时间T1=T2. （T1=R1?C1）;波形分析 双稳态触发器A、B两端均产生一个宽度受C1、C2电容变化影响的方波。 C1≠C2（C1>C2）时，A点输出的脉冲宽度大于B点； A、B两点平均电压UAB≠0； C1、C2充电时间T1>T2. （T1=R1?C1）;6.4 电容式传感器的特点;（4）可以实现非接触测量、具有平均效应： 当被测件不能允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。 （5）阻抗高、功率小，需要输入的动作能量低：电容式传感器由于带电极板间的静电吸引力极小，因此所需要的输入能量也极小，特别适用于低能量输入的测量。 例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001μm甚至更小的位移 ;缺点：;缺点：;6.5 电容式传感器的应用;2、 差动式电容加速度传感器;加速度传感器在汽车中的应用;3、 差动式电容测厚传感器;3、差动式电容测厚传感器;4、电容式料位传感器;5、电容式液位传感器;;7、电容式键盘电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化。;特点： （1）结构简单、体积小、分辨率高； （2）可实现非接触测量； （3）动态响应好； （4）能在高温、辐射和强振动等恶劣条件下工作； （5）电容量小、