第5章 电容式传感器技巧.ppt

第5章 电容式传感器capacitive sensors;电容式传感器;主要内容;电容式传感器的特点;5.1 电容式传感器的工作原理和结构类型一、工作原理;各种电容传感器;5.1.1 变面积型式电容传感器;1 平板形变面积式;2 同心圆筒形变面积式;2 角位移变面积式;5.1.2变极距形电容传感器;5.1.2变极距式电容式传感器; 要提高传感器灵敏度 k 应减小初始极距d0 ，但初始极距受电容击穿电压限制； 非线性误差随相对的位移 的增加而增加, 为保证线性度应限制相对位移； 起始极距与灵敏度相矛盾，变极距型电容传感器适合测小位移； 为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构。;初始位置时，;灵敏度提高一倍;差动式电容传感器特性曲线;5.1.4 变介质形电容传感器;电容与介质参数之间关系为;电容式液位计(可以理解为变面积或变介电原理);5.2 电容传感器的测量转换电路;一、桥式电路;交流电桥的电路形式;二.双T型电路; Ui是频率为f的高频激励电源(约1MHz)，它提供了幅值对称的方波。D1、D2为特性完全相同的两只二极管,固定电阻R1=R2=R，C1、C2为传感器的两个差动电容，初始值C1=C2 。 在Ui为正半周时，D1导通、D2截止，于是电容C1快速充电到Ui的幅值，有电流i1流过RL。 在随后的负半周期间，D1截止、D2导通，于是电容C2快速充电到Ui的幅值,而电容C1放电。有电流i2逆向流过RL。;负载电阻上的输出电压与电容的差值成正比，并与电源电压幅值和电源频率有关。;双T形电桥电路特点;三、调频（FM）电路; 四.差动脉冲调宽电路;脉冲调制电路的输出波形;当双稳态触发器的Q端输出为高电平时，A点通过R1对C1充电，C点电位逐渐升高。在Q端为高电平期间，非端为低电平，电容C2通过低内阻的二极管D2迅速放电，D点电位被钳制在低电平。 当C点电位升高超过参考电压Uf时，比较器A1产生一个“置零脉冲”，触发双稳态触发器翻转，A点跳变为低电位，B点跳变为高电位。此时C1经二极管D1迅速放电，C点被钳制在低电平，而同时B点高电位经R2向C2充电。 当d点电位超过Uf时，比较器A2产生一个“置1脉冲”，使触发器再次翻转，A点恢复为高电位，B点恢复为低电位。 如此周而复始，在双稳态触发器的两输出端各自产生一个宽度受C1、C2调制的脉冲波形。;在双稳态触发器的两输出端各自产生一个宽度受C1、C2调制的脉冲波形。 当C1=C2时，AB两点之间的平均电压为零； 当C1C2时，t1t2，经低通滤波器后，获得的输出电压平均值Uo为正值 当C1C2时，t1t2, 获得的输出电压平均值Uo为负值;脉冲调制电路的 特点;5.3 电容传感器的应用;一、硅微电容加速度传感器;加速度传感器在汽车中的应用 ;二、湿敏电容传感器;三、电容式油量表 ;当油箱中无油时，电容传感器的电容Cx 0为最小值。此时应使电桥输出为零。;四、电容式接近开关;电容接近开关的感应板由两个同心圆金属平面电极构成。 当没有被测物体靠近电容接近开关时，由于C1与C2很小，RC振荡器停振。当被测物体朝着电容接近开关的两个同心圆电极靠近时，两个电极与被测物体构成电容C，接到RC振荡回路中，等效电容C等于C1、C2的串联结果。;电容接近开关的规格;不同材料的非金属检测物对电容式接近开关动作距离的影响;5.4 压力、液位和流量的测量;二、差压力传感器;三、利用电容差压变送器测量液体的液位 ;四、流量测量;四、流量测量;管道中流体流速越高，压强就越小，流体在节流后的压力将小于未节流前的压力。 节??装置两侧的差压与通过的流量有关。流量为0，差压为0，流量越大，差压越大。;电容传感器应用;课堂作业