34電容式傳感器課件

1、電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)電容式傳感器的測(cè)量電路電容式傳感器的應(yīng)用 3.4 電容式傳感器電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)3.4 電容式傳感器一. 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種裝置，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。 由絕緣介質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為 式中: 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，=0r，其中0為真空介電常數(shù)，r極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)； S兩平行板所覆蓋的面積； d兩平行板之間的距離。 一. 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)電容式傳感器是將被測(cè)量的變電容式傳感元件的各種結(jié)構(gòu)形式電容式傳感元件的各種結(jié)

2、構(gòu)形式 當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化使S、 d或發(fā)生變化時(shí)， 電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變其中一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過(guò)測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種。 當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化使S、 d或發(fā)生變化時(shí)， 電 分類示意圖： c) 介質(zhì)變化型b)面積變化型:角位移型,平面線位移型,柱面線位移型.+a) 極距變化型;+ 分類示意圖： c) 介質(zhì)變化型b)面積變化型:角位移型, 1 變極距型電容傳感器 當(dāng)傳感器的r和S為常數(shù)，初始極距為d0時(shí)，可知其初始電容量C0為 若電容器極板間距離由初始值d0縮小了d，電容量增大

3、了C，則有 1 變極距型電容傳感器 若電容器極板間距離由初變極距型電容式傳感器 變極距型電容式傳感器 若d/d01時(shí)，1-(d/d0)21，則 此時(shí)C與d近似呈線性關(guān)系，所以變極距型電容式傳感器只有在d/d0很小時(shí)，才有近似的線性關(guān)系。 另外，在d0較小時(shí)，對(duì)于同樣的d變化所引起的C可以增大，從而使傳感器靈敏度提高。但d0過(guò)小，容易引起電容器擊穿或短路。為此，極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、 塑料膜等）作介質(zhì), 此時(shí)電容C變?yōu)?若d/d0 Cx2 ，即d1=d0-d, d2=d0+d, 則有 在變極板距離的情況下可得 式中, d1、d2分別為Cx1、C同樣， 在變面積電容傳感器中， 則有

4、由此可見(jiàn)，差動(dòng)脈寬調(diào)制電路適用于變極板距離以及變面積差動(dòng)式電容傳感器，并具有線性特性，且轉(zhuǎn)換效率高，經(jīng)過(guò)低通放大器就有較大的直流輸出，調(diào)寬頻率的變化對(duì)輸出沒(méi)有影響。 同樣， 在變面積電容傳感器中， 則有 由此可三. 電容式傳感器的應(yīng)用 1 電容式壓力傳感器 差動(dòng)式電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖 三. 電容式傳感器的應(yīng)用 1 電容式壓力傳感器 差動(dòng)式電容 2 電容式加速度傳感器 差動(dòng)式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 2 電容式加速度傳感器 差動(dòng)式電容加速度 3 差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器 電容測(cè)厚傳感器是用來(lái)對(duì)金屬帶材在軋制過(guò)程中厚度的檢測(cè)，其工作原理是在被測(cè)帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等， 與帶材距離相等的極板，這

5、樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極， 而帶材就是電容的另一個(gè)極，其總電容為C1 + C2 ，如果帶材的厚度發(fā)生變化， 將引起電容量的變化， 用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘻y(cè)出來(lái)， 經(jīng)過(guò)放大即可由電表指示測(cè)量結(jié)果。 3 差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器 差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器的測(cè)量原理框圖如圖4-19所示。音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號(hào)，接入變壓器T的原邊線圈，變壓器副邊的兩個(gè)線圈作為測(cè)量電橋的兩臂，電橋的另外兩橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電容C0和帶材與極板形成的被測(cè)電容Cx(Cx=C1+C2)組成。 電橋的輸出電壓經(jīng)放大器放大后整流為直流，再經(jīng)差動(dòng)放大， 即可用指示電表指示出帶材厚度的變化。

6、 差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器的測(cè)量原理框圖如圖4-* 交流電橋電路VZ1Z2Z3Z4V 將電容傳感器接入電橋的一個(gè)臂，不平衡電橋輸出： 為使橋路平衡，在四個(gè)橋臂上必須接入兩個(gè)電容（一個(gè)單極電容傳感器和一個(gè)固定電容，或接入差動(dòng)電容傳感器）。另外兩個(gè)橋臂接入其他阻抗元件，如：兩個(gè)電阻、兩個(gè)電感或是兩個(gè)電容。* 交流電橋電路VZ1Z2Z3Z4V 差動(dòng)式電容測(cè)厚儀系統(tǒng)組成框圖 差動(dòng)式電容測(cè)厚儀系統(tǒng)組成框圖 加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)， 微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘

7、員的胸部和頭部。 裝有傳感器的假人氣囊加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上汽車氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣。 汽車氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞汽車氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用汽車氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn) 延時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn) 延時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置帶報(bào)警器的家庭使用型濕度計(jì)濕敏電容傳感器的使用帶報(bào)警器的家庭使用型濕度計(jì)濕敏電容傳感器的使用電容式油量表 機(jī)械式油量表： 在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生間水箱里的浮球，通過(guò)杠桿帶動(dòng)電阻絲式圓盤電位器，由電流表指示出油量。電容式油量表 機(jī)械式油量表： 在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生間 當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為m處。當(dāng)油箱中的油位降低時(shí)，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失去平衡，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減?。?，同時(shí)帶動(dòng)RP的滑動(dòng)臂移動(dòng)。當(dāng)RP阻值達(dá)到一定值時(shí)，電橋又達(dá)到新的平衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（x 處）。 當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為m處