3.3-电容式传感器d.ppt

工作原理及类型 3.3.1 电容式传感器的工作原理 1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容传感器 3. 变面积型电容传感器 4. 变介电常数型电容式传感器 变极距型电容传感器 变面积型电容传感器 变面积型电容传感器 变介电常数型电容式传感器 3.3.2 传感器的主要性能 静态灵敏度 变极距型： 变面积型： 2. 非线性 3.3.3 传感器的特点和设计要点 1. 特 点 2. 设计要点 1、优点 1. 温度稳定性好（电容值与电极材料无关本身发热极小 ） 2. 结构简单、适应性强易于制造，易于保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强辐射及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力，高冲击，过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。 3. 动态响应好 a.极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小 可测极低的压力和力，很小的速度、加速度。可以做得很灵敏，分辨率非常高，能感受0.001mm甚至更小的位移 b.可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻 固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫频率下工作，特别适合动态测量。 c.介质损耗小，可以用较高频率供电 系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等。 4. 可以实现非接触测量、具有平均效应 缺 点： 1、输出阻抗高、负载能力差 传感器的电容量受其电极几何尺寸等限制，一般为几十到几百皮法，使传感器的输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗高达106～108?。因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响 2、寄生电容影响大 传感器的初始电容量很小，而传感器的引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大，这一方面降低了传感器的灵敏度；另一方面这些电容(如电缆电容)常常是随机变化的，将使传感器工作不稳定，影响测量精度 3.3.4 电容式传感器等效电路 低频等效电路 传感器电容的阻抗非常大，L和r的影响可忽略 等效电容Ce=C0+Cp， 等效电阻Re≈Rg 高频等效电路 3.3.5 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 (1) 调频电路 (2) 运算放大器式电路 (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 。 输出电压较高、可以用作动态测量。 (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 特点及应用 3.3.6 电容式传感器的应用 (1) 电容式差压传感器 (2) 电容式加速度传感器 (3) 电容式振动位移传感器 湿敏电容 利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水的相对介电常数为80），所以电容量增大。 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 被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人体等） ；可以是接地的，也可以是不接地的。 调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。 电容接近开关的规格 电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示 不同材料非金属检测物对电容接近开关动作距离影响 3.3.7 容栅式传感器 (1) 基本类型及工作原理 (2) 容栅传感器电极的结构形式 (3) 信号处理方式 (4) 容栅式传感器应用 (1) 基本类型及工作原理 长容栅 片状圆容栅 (2) 容栅传感器电极的结构形式 （a）直电极反射式 （b）直电极透射式 （c）反射式L型电极 (a)直电极反射式 (b)直电极透射式 (c)反射式L型电