傳感器技術(shù)與應(yīng)用課件：教學(xué)課件5-2 水箱的液位檢測(cè)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：使學(xué)生了解電容式傳感器的工作原理、測(cè)量電路及應(yīng)用電路。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：

（1）電容式傳感器的工作原理；

（2）電容式傳感器的測(cè)量電路和應(yīng)用。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：

電容式傳感器的測(cè)量電路和應(yīng)用。＊任務(wù)提出：

各種汽車、飛機(jī)的儀表盤上都有油箱油量的指示表，它是駕駛員要掌握的重要參數(shù)之一。檢測(cè)油箱液位的高低。資訊

電容式傳感器是把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。它具有高阻抗，小功率；動(dòng)態(tài)范圍大，響應(yīng)速度快；幾乎沒(méi)有零漂；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，可在惡劣的環(huán)境下使用等優(yōu)點(diǎn)，但它具有分布電容影響嚴(yán)重的缺點(diǎn)。電容式傳感器的工作原理

平板式電容器的電容量：

A為兩極板相互覆蓋的有效面積；d為兩極板間的距離；為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。變間隙式（或變極距式）變面積式變介電常數(shù)式+++dA各種電容式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖變極距(δ)型：(a)、(e)；變面積(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、（h）；變介電常數(shù)(ε)型：（i）～（l）一、變間隙式電容傳感器dΔdd取值不能大，否則將降低靈敏度,實(shí)際應(yīng)用常采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)差動(dòng)式結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：1、減小非線性誤差2、提高傳感器靈敏度3、減小寄生電容的影響4、減小溫度、濕度等環(huán)境因素的影響C2C1d1d2ε0ε0Δδ指紋識(shí)別所需電容傳感器包含一個(gè)大約有數(shù)萬(wàn)個(gè)金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列/絕緣物/皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。應(yīng)用直線位移型電容傳感器角位移型電容傳感器二、變面積式電容傳感器變介電常數(shù)式電容傳感器三、變介電常數(shù)式電容傳感器

應(yīng)用：測(cè)量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化.接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體振蕩電路感應(yīng)電極被測(cè)物體電容式傳感器的測(cè)量電路電橋電路運(yùn)放電路雙T電路調(diào)頻（諧振）電路脈沖寬度調(diào)制電路運(yùn)算放大器式電路調(diào)頻電路原理框圖電容式液位傳感器的外形圖電容式液位傳感器的外形圖，主要有棒式和纜式兩種

電容式液位傳感器探頭類型及應(yīng)用探頭類型典型應(yīng)用金屬裸棒探頭非導(dǎo)電介質(zhì)＋導(dǎo)電容器全絕緣棒式探頭導(dǎo)電介質(zhì)或非導(dǎo)電介質(zhì)＋導(dǎo)電容器帶同軸接地管金屬裸棒探頭介電常數(shù)?5的非導(dǎo)電非結(jié)晶液體介質(zhì)；非導(dǎo)電非結(jié)晶液體介質(zhì)＋非導(dǎo)電容器；非導(dǎo)電非結(jié)晶液體介質(zhì)＋容器雖導(dǎo)電但徑向尺寸較小且形狀不規(guī)則帶同軸接地管全絕緣探頭導(dǎo)電非結(jié)晶液體介質(zhì)＋容器導(dǎo)電但徑向尺寸較小且形狀不規(guī)則金屬裸纜探頭非導(dǎo)電介質(zhì)＋導(dǎo)電容器全絕緣纜式探頭導(dǎo)電介質(zhì)或非導(dǎo)電介質(zhì)＋大型導(dǎo)電容器帶參考電極金屬裸棒雙桿探頭非導(dǎo)電易結(jié)晶液體介質(zhì)＋非導(dǎo)電容器帶參考電極全絕緣棒式雙桿探頭導(dǎo)電且易結(jié)晶液體介質(zhì)＋非導(dǎo)電容器；導(dǎo)電且易結(jié)晶液體介質(zhì)＋容器導(dǎo)電但徑向尺寸較小且形狀不規(guī)則整體聚四氟乙烯包覆探頭導(dǎo)電或非導(dǎo)電強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)而且環(huán)境有腐蝕性揮發(fā)物，腐蝕性蒸汽環(huán)境決策與計(jì)劃

電容式液位傳感器不僅能測(cè)量腐蝕性液體，還能測(cè)量粉塵和固體顆粒，可用于制藥、化工、食品等行業(yè)。如啤酒罐裝機(jī)酒位測(cè)控、奶制品生產(chǎn)線液位測(cè)控、制藥廠反應(yīng)罐、油箱液位測(cè)量等。選用帶同軸接地管全絕緣探頭。實(shí)施棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變化。注意：（a）屏蔽和接地（b）增加初始電容值，降低容抗。（c）導(dǎo)線間分布電容有靜電感應(yīng)，因此導(dǎo)線和導(dǎo)線要離得遠(yuǎn)，線要盡可能短，最好成直角排列，若采用平