传感器与检测技术---第5章 电容式传感器.pptVIP

5.2 电容式传感器的灵敏度及非线性 5.3 电容式传感器的测量电路 5.4 电容式传感器的应用 课间休息 图5-8 差动平板式电容传感器结构 式中：U1——触发器输出高电平；T1、T2——C1、C2充电至Ur所需时间。由电路知识可知: 当R1=R2时，将T1、T2代入式（5 - 34）, 得 （5 - 35） （5 - 36） （5 - 37） 把平行板电容的公式代入式（5 - 37）, 在变极板距离的情况下可得 式（5 - 38）中d1、d2分别为Cx1、Cx2极板间距离。  当差动电容Cx1 = Cx2 = C0，即d1 = d2 = d0时，UAB = 0，若Cx1≠ Cx2，设Cx1 Cx2，即d1 =d0 - Δ d， d2 = d0+Δd， 则 （5 - 38） 式中A0为变面积电容传感器的初始截面积。 由此可见, 差动脉宽调制电路能适用于变极板距离以及变面积式差动式电容传感器, 并具有线性特性, 且转换效率高, 经过低通放大器就有较大的直流输出, 且调宽频率的变化对输出没有影响。 同样, 在变面积电容传感器中, 则有  一、 电容式压力传感器 下图 5 - 14 所示为差动电容式压力传感器的结构图。图中所示为一个膜片动电极和两个在凹形玻璃上电镀成的固定电极组成的差动电容器。 当被测压力或压力差作用于膜片并使之产生位移时, 形成的两个电容器的电容量, 一个增大, 一个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。  二、 电容式加速度传感器 下图 5 - 15 所示为差动式电容加速度传感器结构图。它有两个固定极板（与壳体绝缘）, 中间有一用弹簧片支撑的质量块, 此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板（与壳体电连接）。 当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时, 质量块在惯性空间中相对静止, 而两个固定电极将相对质量块在垂直方向上产生大小正比于被测加速度的位移。此位移使两电容的间隙发生变化, 一个增加, 一个减小, 从而使C1、 C2产生大小相等, 符号相反的增量, 此增量正比于被测加速。 1 *三、 差动式电容测厚传感器 图 5 - 16 为频率型差动式电容测厚传感器系统组成框图。 将被测电容C1、C2作为各变换振荡器的回路电容, 振荡器的其它参数为固定值, 等效电路如图 5 - 16（b）所示, 图中C0为耦合和寄生电容, 振荡频率 f 为 电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大, 大多采用空气或其它气体作阻尼物质。 式中: εr——极板间介质的相对介电常数;  A——极板面积;  dx——极板间距离;  Cx——待测电容器的电容量。 所以 设两传感器极板间距离固定为d0, 若在同一时间分别测得上、下极板与金属板材上、下表面距离为dx1、dx2, 则被测金属板材厚度δ= d0—(dx1+ dx2) 。 由此可见, 振荡频率包含了电容传感器的间距dx的信息。各频率值通过取样计数器获得数字量, 然后由微机进行处理以消除非线性频率变换产生的误差, 即可获得板材厚度。  四、 电容式料位传感器 下图 5 - 17 是电容式料位传感器结构示意图。 测定电极安装在罐的顶部,这样在罐壁和测定电极之间就形成了一个电容器。 当罐内放入被测物料时, 由于被测物料介电常数的影响, 传感器的电容量将发生变化, 电容量变化的大小与被测物料在罐内高度有关, 且成比例变化。检测出这种电容量的变化就可测定物料在罐内的高度。  传感器的静电电容可由下式表示: 式中：k——比例常数;  εs——被测物料的相对介电常数;  ε0——空气的相对介电常数;  D——储罐的内径;  d——测定电极的直径;  h——被测物料的高度。 假定罐内没有物料时的传感器静电电容为C0, 放入物料后传感器静电电容为C1, 则两者电容差为 ΔC = C1 — C0 （5 - 47）