第四章阻抗型传感器2.pptVIP

电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示 电容式接近开关在液位测量控制中的使用 加速度传感器在汽车中的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时， 微处理器据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。 4.2.3 等效电路分析 * * ４.2 电容式传感器 4.2.1 基本原理与结构类型 ◆ 是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测量的变化转换为电容量变化。 1．平行平面电容 ◆ 当极板的几何尺寸（长和宽）远大于极间距离和介质均匀条件下，平行平面形电容器电容为： 介电常数 两个极板相互覆盖的面积 两个极板间的距离 一、基本原理 让ε、S、d其中一个参数随被测量变化而变化，保持其余 两个参数不变，使电容量与被测量有单值的函数关系，从 而把被测量变化转换为电容器电容的变化。 2．平行曲面形（同轴圆筒形）电容 L：覆盖长度 当 时： ◆ 当极板间有三层绝缘介质，平行平面形电容器电容为： 二、结构类型 ◆ 按被测量所改变的电容器的参数： ◆ 按被测位移：角位移型和线位移型； ◆ 按组成方式：单一式和差动式； ◆ 按电容极板形状：平板电容和圆筒电容或平行平面型与平行曲面型； S — 面积，称变面积型传感器 d— 距离， 称变极距型传感器 ε— 介质，称变介质型传感器 4.2.2 输入－输出特性 一、变极距型 图４-2-1 变极距型电容传感器 1.单一式 初始时 当被测量变化使动极板上移 则： 2.差动式 图４-2-1变极距型电容传感器 当被测量变化使动极板位移 时，则： 差动电容为： 二、变面积型 1.线位移式变面积型： 图４-2-2 线位移式变面积型结构 ◆ 被测量使动极板左右移动，引起两极板有效覆盖面积S改变，从而使电容相应改变。 初始时： 移动 后： 图４-2-2 线位移式变面积型结构 ◆ 上述结论是在保持d不变的前提下得出的，在极板移动过程中若d不能精确保持不变，就会导致测量误差。 ◆ 为了减少这种影响，可以采用如图所示中间极移动的结构。 2．角位移式（差动结构） ① 扇形结构 图４-2-3变面积型差动式结构 初始时： 动极板转动Δα后，差动电容 分别为： 所以有： 图４-2-3变面积型差动式结构 ② 柱面形结构 初始时： 动极板转动Δα后，差动电 容为： 三、变介质型（差动式） ◆ 常见的有两种情况： 两电容极板之间只有一种介质，介质的介电常数随被测非电量（温度、湿度）而变化，如电容式温度传感器和电容式湿度传感器； 两电容极板间有两种介质，两介质的位置或厚度变化，如电容式位移传感器、电容式厚度传感器、电容式物（液）位传感器等 。 装有传感器的假人 气囊 图４-2-4线位移式变介质型差动结构 初始时： ◆ 电容式位移传感器 介质ε右移Δl后，差动电容为： 图４-2-5电容传感器的等效电路 ◆ 电容器的损耗和电感效应不可忽略时，电容式传感器的等效电路如图： 在高温高湿条件下，损耗可以忽略； 在低频工作时，其电感效应可忽略。 并联损耗电阻（极板间的泄露电阻和极板间的介质损耗），低频时较大 引线电阻（通常极小，随频率的增加而增大，在很高的工作频率时需考虑） 电容器本身的电感和外部电感（与电容器的结构形式和引线长度有关，如果有电缆连接则需包括电缆的电感） 传感器的有效电容Ce： 结论： 等效电路有一谐振频率，在谐振时或接近谐振时，破坏了电容器的正常作用，所以激励频率 ，通常取 2. 电容传感元件的实际相对变化量与传感器元件的固有（包括引线电感）有关，每当改变激励频率或更换连接电缆时须重新进行标定。 *