第3章電容傳感器1

1、電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)電容量電容量C=Ad 介電常數(shù)介電常數(shù)A 兩極板間的正對面積兩極板間的正對面積d 兩極板間距離兩極板間距離若上述三個(gè)參數(shù)中僅改變其中一個(gè)，其余的不變，若上述三個(gè)參數(shù)中僅改變其中一個(gè)，其余的不變，就可以把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通就可以把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。變極距型變極距型變面積型變面積型變介質(zhì)型變介質(zhì)型如：如：a 、e圖圖如：如：b、c、d、f、g、h圖圖如：如：i、j、k、l 圖圖變極距型電容傳感器變極距型電容傳感器Arh若電容器極板間距離由若電容器極板間

2、距離由初始值初始值 d0 縮小了縮小了d，則電容量增大了則電容量增大了C。dC=C0+C0d0變面積型電容傳感器變面積型電容傳感器通過動極板移動引起兩極板間的正對面通過動極板移動引起兩極板間的正對面積發(fā)生變化，從而得到電容量的變化。積發(fā)生變化，從而得到電容量的變化。電容變化量為：電容變化量為：dC =CC00rbX0rbadC0=式中式中為初始電容，電容的變化量為為初始電容，電容的變化量為平板電容式傳感器平板電容式傳感器CC0Xa=角位移式電容傳感器角位移式電容傳感器定極板定極板動極板動極板當(dāng)極板有一個(gè)角位移當(dāng)極板有一個(gè)角位移時(shí)，時(shí)，與定極板間的正對面積發(fā)生與定極板間的正對面積發(fā)生變化，從而改

3、變兩極板間的變化，從而改變兩極板間的電容量。電容量。C=C0C0傳感器的電容量與角位移呈線性關(guān)系傳感器的電容量與角位移呈線性關(guān)系變介質(zhì)型電容傳感器變介質(zhì)型電容傳感器dDhH1測量液位測量液位高低、介電常數(shù)高低、介電常數(shù)變換器的電容增量正比于被測液位的高度變換器的電容增量正比于被測液位的高度h2h（1）C=C0+lndDL0Ld0r1r2當(dāng)被測介質(zhì)進(jìn)入極板間當(dāng)被測介質(zhì)進(jìn)入極板間 L 深度后，引起電容相深度后，引起電容相對變化量為對變化量為CC0CC0C0=（r21）LL0用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的

4、量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度。濕度。電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路調(diào)頻電路調(diào)頻電路把電容式傳感器作為振蕩器調(diào)諧回路的一部把電容式傳感器作為振蕩器調(diào)諧回路的一部分，當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振蕩分，當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。器的振蕩頻率就發(fā)生變化。f振蕩器振蕩器限幅限幅放大器放大器鑒頻器鑒頻器ufuCXL電容變換器電容變換器將頻率變化轉(zhuǎn)化為將頻率變化轉(zhuǎn)化為電壓振幅的變化電壓振幅的變化電路的特點(diǎn)：電路的特點(diǎn)：具有較高的靈敏度，可測量高至具有較高的靈敏度，可測量高至0.01m級位移的級位移的變化量，輸出頻率易于用數(shù)字儀器測量，抗干擾

5、變化量，輸出頻率易于用數(shù)字儀器測量，抗干擾能力強(qiáng)，可發(fā)送、接收，以達(dá)到遙控的目的。能力強(qiáng)，可發(fā)送、接收，以達(dá)到遙控的目的。運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器式電路CCXUiU0oixCUUC 脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器A1A2uABVD2UrVD1QR1R2ABQCX1CX2-+uA0tuB0t0tuABuF0tuG0tT1T2CX1CX2=A 、B 兩點(diǎn)兩點(diǎn)間的平均電間的平均電壓為壓為0uA0tuB0t0tuABuF0tuG0tT1T2ururA 、B 兩點(diǎn)兩點(diǎn)間的平均電間的平均電壓不為壓不為0CX1CX2且且CX1CX2當(dāng)當(dāng)由此可見：由此可見：差動脈寬調(diào)制電路適用變極

6、板距離以及變面積差差動脈寬調(diào)制電路適用變極板距離以及變面積差動式電容傳感器，并具有線性特性，且轉(zhuǎn)換效率動式電容傳感器，并具有線性特性，且轉(zhuǎn)換效率高，經(jīng)過低通放大器就有較大的直流輸出，調(diào)寬高，經(jīng)過低通放大器就有較大的直流輸出，調(diào)寬頻率的變化對輸出沒有影響。頻率的變化對輸出沒有影響。dU0U1d=1、結(jié)構(gòu)、原理、結(jié)構(gòu)、原理小結(jié)：小結(jié)：2、測量電路、測量電路作業(yè)：作業(yè)：1、4、6AU0U1A=輸出電壓為輸出電壓為電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器當(dāng)被測壓力或壓力差作用于當(dāng)被測壓力或壓力差作用于膜片并產(chǎn)生位移時(shí)，所形成膜片并產(chǎn)生位移時(shí)，所形成的兩個(gè)電容器的電容量，一的

7、兩個(gè)電容器的電容量，一個(gè)增大，一個(gè)減小。該電容個(gè)增大，一個(gè)減小。該電容的變化經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成與的變化經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成與壓力或壓力差相對應(yīng)的電流壓力或壓力差相對應(yīng)的電流或電壓的變化。或電壓的變化。電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器當(dāng)傳感器殼體隨被測對象沿當(dāng)傳感器殼體隨被測對象沿垂直方向作直線加速運(yùn)動時(shí)，垂直方向作直線加速運(yùn)動時(shí)，質(zhì)量塊在慣性空間中相對靜質(zhì)量塊在慣性空間中相對靜止，兩個(gè)固定電極將相對于止，兩個(gè)固定電極將相對于質(zhì)量塊在垂直方向產(chǎn)生大小質(zhì)量塊在垂直方向產(chǎn)生大小正比于被測加速度的位移。正比于被測加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化，一個(gè)增加，一個(gè)減小，變化

8、，一個(gè)增加，一個(gè)減小，從而使從而使C1、C2產(chǎn)生大小相等、產(chǎn)生大小相等、符號相反的增量，此增量正符號相反的增量，此增量正比于被測加速度。比于被測加速度。 差動式電容測厚傳感器差動式電容測厚傳感器在被測帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等，與帶材距離在被測帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器相等的極板，這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來成為一個(gè)極，而帶材就是電容把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來成為一個(gè)極，而帶材就是電容的另一個(gè)極，其總電容為的另一個(gè)極，其總電容為C1+C2，如果帶材的厚度發(fā)生變，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出化，將引起電容量的變化，用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘻y出來，經(jīng)過放大即可由電表指示測量結(jié)果。來，經(jīng)過放大即可由電表指示測量結(jié)果。 音頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號，接入變壓器音頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號，接入變壓器T的原邊線圈，變壓器副邊的兩個(gè)線圈作為測量電的原邊線圈，變壓器副邊的兩個(gè)線圈作為測量電橋的兩臂，電橋的另外兩橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電容橋的兩臂，電橋的另外兩橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電容C0