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量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種裝置，實質(zhì)上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。 由絕緣介質(zhì)分開的兩個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)被測參數(shù)變化使S、 d或發(fā)生變化時， 電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可轉(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)被測參數(shù)變化使S、 d或發(fā)生變化時， 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，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，1-(d/d0)21，則 此時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，才有近似的線性關(guān)系。 另外，在d0較小時，對于同樣的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，差動脈寬調(diào)制電路適用于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。 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 差動式電容 2 電容式加速度傳感器 差動式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 2 電容式加速度傳感器 差動式電容加速度 3 差動式電容測厚傳感器 電容測厚傳感器是用來對金屬帶材在軋制過程中厚度的檢測，其工作原理是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

5、樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個電容器C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來成為一個極， 而帶材就是電容的另一個極，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出來， 經(jīng)過放大即可由電表指示測量結(jié)果。 3 差動式電容測厚傳感器 差動式電容測厚傳感器的測量原理框圖如圖4-19所示。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C0和帶材與極板形成的被測電容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)差動放大， 即可用指示電表指示出帶材厚度的變化。

6、 差動式電容測厚傳感器的測量原理框圖如圖4-* 交流電橋電路VZ1Z2Z3Z4V 將電容傳感器接入電橋的一個臂，不平衡電橋輸出： 為使橋路平衡，在四個橋臂上必須接入兩個電容（一個單極電容傳感器和一個固定電容，或接入差動電容傳感器）。另外兩個橋臂接入其他阻抗元件，如：兩個電阻、兩個電感或是兩個電容。* 交流電橋電路VZ1Z2Z3Z4V 差動式電容測厚儀系統(tǒng)組成框圖 差動式電容測厚儀系統(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)測得的負加速度值超過設(shè)定值時， 微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動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作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣。 汽車氣囊的保護作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞汽車氣囊對駕駛員的保護作用汽車氣囊對駕駛員的保護作用利用加速度傳感器實現(xiàn) 延時起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置利用加速度傳感器實現(xiàn) 延時起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置帶報警器的家庭使用型濕度計濕敏電容傳感器的使用帶報警器的家庭使用型濕度計濕敏電容傳感器的使用電容式油量表 機械式油量表： 在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生間水箱里的浮球，通過杠桿帶動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，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，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失去平衡，伺服電動機反轉(zhuǎn)，指針逆時針偏轉(zhuǎn)（示值減?。?，同時帶動RP的滑動臂移動。當(dāng)RP阻值達到一定值時，電橋又達到新的平衡狀態(tài)，伺服電動機停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（x 處）。 當(dāng)油箱中注滿油時，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為m處