傳感器項(xiàng)目五

任務(wù)1汽車(chē)油箱的油位檢測(cè)

電容式傳感器任務(wù)2高壓密閉容器的液位檢測(cè)

超聲波傳感器項(xiàng)目五液位檢測(cè)

油量表相當(dāng)于電流表。浮球帶動(dòng)變阻器滑片,變阻器R的最大阻值是50Ω,與油量表串聯(lián)的電阻R與油量有確定關(guān)系。圖6-3伺服電容式油量表示意圖（無(wú)浮球機(jī)構(gòu)）1－油箱2－同心圓柱形電容器3－伺服電動(dòng)機(jī)4－減速箱5－油量表盤(pán)項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容式傳感器是以各種類(lèi)型的電容器作為傳感元件，將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。特點(diǎn)：（1）小功率、高阻抗。（2）小的靜電引力和良好的動(dòng)態(tài)特性。（3）本身發(fā)熱影響小。（4）可進(jìn)行非接觸測(cè)量。應(yīng)用：壓力、位移、厚度、加速度、液位、物位、濕度和成分含量等測(cè)量之中。項(xiàng)目五液位檢測(cè)1電容式傳感器的工作原理和特性

工作原理及類(lèi)型電容式傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件為一體的電容量可變的電容器和測(cè)量電路組成，其變量間的轉(zhuǎn)換關(guān)系原理如圖所示。由物理學(xué)可知，當(dāng)忽略電容器邊緣效應(yīng)時(shí)，對(duì)圖示平行極板電容器，電容量為+

S

r d

_

項(xiàng)目五液位檢測(cè)可見(jiàn)：在S、d、ε三個(gè)參量中，改變其中任意一個(gè)量，均可使電容量C改變。也就是說(shuō)，如果被檢測(cè)參數(shù)(如位移、壓力、液位等)的變化引起S、d、ε三個(gè)參量中之一發(fā)生變化，就可利用相應(yīng)的電容量的改變實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)量。據(jù)此，電容式傳感器可分為以下三大類(lèi)：(1)極距變化型電容傳感器；(2)面積變化型電容傳感器；(3)介質(zhì)變化型電容傳感器。項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容傳感器特性分析1.變極距型電容傳感器設(shè)初始電容為：當(dāng)間隙d0減小Δd時(shí),則電容量增大ΔC，則：電容的相對(duì)變化為：項(xiàng)目五液位檢測(cè)當(dāng)時(shí)，將上式按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，得：可見(jiàn)，電容C的相對(duì)變化與位移之間呈現(xiàn)的是一種非線(xiàn)性關(guān)系。在誤差允許范圍內(nèi)通過(guò)略去高次項(xiàng)得到其近似的線(xiàn)性關(guān)系：電容傳感器的靜態(tài)靈敏度為靈敏度隨極板間距的減小而增大項(xiàng)目五液位檢測(cè)為了提高靈敏度和減小非線(xiàn)性，以及克服某些外界條件如電源電壓、環(huán)境溫度變化的影響，常采用差動(dòng)式的電容傳感器，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。

工作時(shí)差動(dòng)電容器總電容變化為：

當(dāng)時(shí)，將上式按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，得：項(xiàng)目五液位檢測(cè)略去非線(xiàn)性高次項(xiàng)，得：變極距差動(dòng)電容式傳感器的靈敏度K′為

變極距差動(dòng)電容傳感器的非線(xiàn)性誤差′L近似為

可見(jiàn)，電容式傳感器做成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)后，非線(xiàn)性誤差大大降低了，而靈敏度比單極距電容傳感器提高了一倍。與此同時(shí)，差動(dòng)式電容傳感器還能減小靜電引力給測(cè)量帶來(lái)的影響，并有效的改善由于環(huán)境影響所造成的誤差。

項(xiàng)目五液位檢測(cè)2.變面積的電容式傳感器項(xiàng)目五液位檢測(cè)

（1）用于線(xiàn)位移測(cè)量的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)后,極板相對(duì)有效面積發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的電容值為：靈敏度：靈敏度為常數(shù)項(xiàng)目五液位檢測(cè)變面積型電容傳感器中，平板形結(jié)構(gòu)對(duì)極距變化特別敏感，測(cè)量精度受到影響,而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，成為實(shí)際中最常采用的結(jié)構(gòu)。其電容計(jì)算式為：

當(dāng)重疊長(zhǎng)度x變化時(shí)，電容量變化為：靈敏度為：可見(jiàn)，其輸出與輸入成線(xiàn)性關(guān)系，靈敏度是常數(shù)，但與極板變化型相比，圓柱式電容傳感器靈敏度較低，但其測(cè)量范圍更大。項(xiàng)目五液位檢測(cè)（2）用于角位移測(cè)量的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片有一角位移

時(shí)，兩極板間的覆蓋面積就改變，從而改變了電容量。

當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，

當(dāng)

=0時(shí)，靈敏度：角位移式電容傳感器的輸出特性是線(xiàn)性的，靈敏度K為常數(shù)。項(xiàng)目五液位檢測(cè)3.變介質(zhì)型電容式傳感器

電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)原理圖與等效電路電容式液位傳感器圖示同軸圓柱形電容器的初始電容為:測(cè)量時(shí)，電容器的介質(zhì)一部分是被測(cè)液位的液體，一部分是空氣。設(shè)C1為液體有效高度hx形成的電容，C2為空氣高度（h-hx）形成的電容，則：由于C1和C2為并聯(lián)，所以總電容為:項(xiàng)目五液位檢測(cè)可見(jiàn)，電容C理論上與液面高度hx成線(xiàn)性關(guān)系，只要測(cè)出傳感器電容C的大小，就可得到液位高度。另一種測(cè)量介質(zhì)介電常數(shù)變化的電容式傳感器結(jié)構(gòu)如圖。設(shè)電容器極板面積為S，間隙為a，當(dāng)有一厚度為d，相對(duì)介電常數(shù)為

r的固體介質(zhì)通過(guò)極板間隙，相當(dāng)于電容串聯(lián)，因此電容器的電容值為：

項(xiàng)目五液位檢測(cè)2電容式傳感器的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)溫度穩(wěn)定性好傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān)，僅取決于電極的幾何尺寸，且空氣等介質(zhì)損耗很小，因此只要從強(qiáng)度、溫度系數(shù)等機(jī)械特性考慮，合理選擇材料和幾何尺寸即可，其他因素(因本身發(fā)熱極小)影響甚微。而電阻式傳感器有電阻，供電后產(chǎn)生熱量；電感式傳感器存在銅損、渦流損耗等，引起本身發(fā)熱產(chǎn)生零漂。1.電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。能在高低溫、強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等各種惡劣的環(huán)境條件下工作，適應(yīng)能力強(qiáng)，尤其可以承受很大的溫度變化，在高壓力、高沖擊、過(guò)載等情況下都能正常工作，能測(cè)超高壓和低壓差，也能對(duì)帶磁工件進(jìn)行測(cè)量。此外傳感器可以做得體積很小，以便實(shí)現(xiàn)某些特殊要求的測(cè)量。電容傳感器的特點(diǎn)項(xiàng)目五液位檢測(cè)

（3）靜電引力小電容傳感器兩極板間存在著靜電場(chǎng)，因此極板上作用著靜電引力或靜電力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數(shù)、極間距離有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，這種靜電引力是很小的，因此只有對(duì)推動(dòng)力很小的彈性敏感元件，才須考慮因靜電引力造成的測(cè)量誤差。

(4)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小，（約幾個(gè)10-5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾MHz的頻率下工作，特別適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)，如測(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。項(xiàng)目五液位檢測(cè)(5)可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)當(dāng)被測(cè)件不能允許采用接觸測(cè)量的情況下,電容傳感器可以完成測(cè)量任務(wù)。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí),電容式傳感器具有平均效應(yīng),可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。電容式傳感器除上述優(yōu)點(diǎn)之外，還因帶電極板間的靜電引力極小，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜低能量輸入的測(cè)量，例如測(cè)量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受0.001μm甚至更小的位移。

項(xiàng)目五液位檢測(cè)(1)輸出阻抗高，負(fù)載能力差電容式傳感器的容量受其電極幾何尺寸等限制，一般為幾十到幾百pF，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時(shí)，輸出阻抗高達(dá)106～108Ω。因此傳感器負(fù)載能力差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十MΩ以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響傳感器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周?chē)h(huán)境如溫濕度、清潔度等對(duì)絕緣性能的影響。高頻供電雖然可降低傳感器輸出阻抗，但放大、傳輸遠(yuǎn)比低頻時(shí)復(fù)雜，且寄生電容影響加大，難以保證工作穩(wěn)定。2.電容式傳感器的缺點(diǎn)項(xiàng)目五液位檢測(cè)(3)輸出特性非線(xiàn)性

變極距型電容傳感器的輸出特性是非線(xiàn)性的，雖可采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)改善，但不可能完全消除。其他類(lèi)型的電容傳感器只有忽略了電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí)，輸出特性才呈線(xiàn)性。否則邊緣效應(yīng)所產(chǎn)生的附加電容量將與傳感器電容量直接疊加，使輸出特性非線(xiàn)性。隨著材料、工藝、電子技術(shù)，特別是集成電路的高速發(fā)展，使電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揚(yáng)而缺點(diǎn)不斷得到克服。電容傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高精度，在動(dòng)態(tài)、低壓及一些特殊測(cè)量方面大有發(fā)展前途的傳感器。

(2)寄生電容影響大傳感器的初始電容量很小，而其引線(xiàn)電纜電容(l～2m導(dǎo)線(xiàn)可達(dá)800pF)、測(cè)量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周?chē)鷮?dǎo)體構(gòu)成的電容等“寄生電容”卻較大，①降低了傳感器的靈敏度；②這些電容(如電纜電容)常常是隨機(jī)變化的，將使傳感器工作不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度，其變化量甚至超過(guò)被測(cè)量引起的電容變化量，致使傳感器無(wú)法工作。因此對(duì)電纜選擇、安裝、接法有要求項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容傳感器設(shè)計(jì)要點(diǎn)電容式傳感器所具有的高靈敏度、高精度等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是與其正確設(shè)計(jì)、選材以及精細(xì)的加工工藝分不開(kāi)的。在設(shè)計(jì)傳感器的過(guò)程中，在所要求的量程、溫度和壓力等范圍內(nèi)，應(yīng)盡量使它具有低成本、高精度、高分辨力、穩(wěn)定可靠和高的頻率響應(yīng)等。1.消除和減小邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)造成邊緣電場(chǎng)產(chǎn)生畸變，使工作不穩(wěn)，非線(xiàn)性誤差也增加。為了消除邊緣效應(yīng)的影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用帶有保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)，如圖所示。（a）消除邊沿效應(yīng)原理圖（b）帶保護(hù)環(huán)的電容傳感器結(jié)構(gòu)項(xiàng)目五液位檢測(cè)2.提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的絕緣性能

減小環(huán)境溫度、濕度等變化所產(chǎn)生的誤差,以保證絕緣材料的絕緣性能,溫度變化使傳感器內(nèi)各零件的幾何尺寸和相互位置及某些介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生改變,從而改變傳感器的電容量,產(chǎn)生溫度誤差。濕度也影響某些介質(zhì)的介電常數(shù)和絕緣電阻值。因此必須從選材、結(jié)構(gòu)、加工工藝等方面來(lái)減小溫度等誤差和保證絕緣材料具有高的絕緣性能。電容式傳感器的金屬電極的材料以選用溫度系數(shù)低的鐵鎳合金為好，但較難加工。也可采用在陶瓷或石英上噴鍍金或銀的工藝，這樣電極可以做得極薄，對(duì)減小邊緣效應(yīng)極為有利。傳感器內(nèi)電極表面不便經(jīng)常清洗，應(yīng)加以密封；用以防塵、防潮。若在電極表面鍍以極薄的惰性金屬（如銠等）層，則可代替密封件起保護(hù)作用，可防塵、防濕、防腐蝕，并在高溫下可減少表面損耗、降低溫度系數(shù)，但成本較高。項(xiàng)目五液位檢測(cè)

傳感器內(nèi)，電極的支架除要有一定的機(jī)械強(qiáng)度外還要有穩(wěn)定的性能。因此選用溫度系數(shù)小和幾何尺寸長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，并具有高絕緣電阻、低吸潮性和高表面電阻的材料。例如石英、云母、人造寶石及各種陶瓷等做支架。雖然這些材料較難加工，但性能遠(yuǎn)高于塑料、有機(jī)玻璃等。在溫度不太高的環(huán)境下，聚四氟乙烯具有良好的絕緣性能，可以考慮選用。

盡量采用空氣或云母等介電常數(shù)的溫度系數(shù)近似為零的電介質(zhì)（也不受濕度變化的影響）作為電容式傳感器的電介質(zhì)。若用某些液體如硅油、煤油等作為電介質(zhì)，當(dāng)環(huán)境溫度、濕度變化時(shí)，它們的介電常數(shù)隨之改變，產(chǎn)生誤差。這種誤差雖可用后接的電子電路加以補(bǔ)償，但無(wú)法完全消除。

項(xiàng)目五液位檢測(cè)在可能的情況下,傳感器內(nèi)盡量采用差動(dòng)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),這樣可以通過(guò)某些類(lèi)型的測(cè)量電路(如電橋)來(lái)減小溫度等誤差。選用50kHz至幾MHz作為電容傳感器的電源頻率，以降低對(duì)傳感器絕緣部分的絕緣要求。傳感器內(nèi)所有的零件應(yīng)先進(jìn)行清洗、烘干后再裝配。傳感器要密封以防止水分侵入內(nèi)部而引起電容值變化和絕緣性能下降。傳感器的殼體剛性要好，以免安裝時(shí)變形。

寄生電容與傳感器電容相并聯(lián)，影響傳感器靈敏度，而它的變化則為虛假信號(hào)影響儀器的精度，必須消除和減小它?？刹捎梅椒ǎ?．消除和減小寄生電容的影響項(xiàng)目五液位檢測(cè)

（1）增加傳感器原始電容值

采用減小極片或極筒間的間距(平板式間距為0.2~0.5mm，圓筒式間距為0.15mm)，增加工作面積或工作長(zhǎng)度來(lái)增加原始電容值，但受加工及裝配工藝、精度、示值范圍、擊穿電壓、結(jié)構(gòu)等限制。一般電容值變化在10-3~103pF范圍內(nèi)，相對(duì)值變化在10-6~1范圍內(nèi)。

（1）增加傳感器原始電容值（2）注意傳感器的接地和屏蔽；（3）集成化（4）采用“驅(qū)動(dòng)電纜”(雙層屏蔽等位傳輸)技術(shù)（5）采用運(yùn)算放大器法；（6）整體屏蔽法項(xiàng)目五液位檢測(cè)

（2）注意傳感器的接地和屏蔽

圖為采用接地屏蔽的圓筒形電容式傳感器。圖中可動(dòng)極筒與連桿固定在一起隨被測(cè)量移動(dòng)?？蓜?dòng)極筒與傳感器的屏蔽殼（良導(dǎo)體）同為地，因此當(dāng)可動(dòng)極筒移動(dòng)時(shí)，固定極筒與屏蔽殼之間的電容值將保持不變，從而消除了由此產(chǎn)生的虛假信號(hào)。引線(xiàn)電纜也必須屏蔽在傳感器屏蔽殼內(nèi)。為減小電纜電容的影響，應(yīng)盡可能使用短而粗的電纜線(xiàn)，縮短傳感器至電路前置級(jí)的距離。絕緣體屏蔽殼固定極筒可動(dòng)極筒連桿導(dǎo)桿接地屏蔽圓筒形電容式傳感器示意圖項(xiàng)目五液位檢測(cè)

（4）采用“驅(qū)動(dòng)電纜”(雙層屏蔽等位傳輸)技術(shù)

當(dāng)電容式傳感器的電容值很小，而因某些原因(如環(huán)境溫度較高)，測(cè)量電路只能與傳感器分開(kāi)時(shí)，可采用“驅(qū)動(dòng)電纜”技術(shù)。傳感器與測(cè)量電路前置級(jí)間的引線(xiàn)為雙屏蔽層電纜，其內(nèi)屏蔽層與信號(hào)傳輸線(xiàn)(即電纜芯線(xiàn))通過(guò)1:1放大器成為等電位，從而消除了芯線(xiàn)與內(nèi)屏蔽層之間的電容。由于屏蔽線(xiàn)上有隨傳感器輸出信號(hào)變化而變化的電壓，因此稱(chēng)為“驅(qū)動(dòng)電纜”。采用這種技術(shù)可使電纜線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)10m之遠(yuǎn)也不影響儀器的性能，如圖。

（3）集成化

將傳感器與測(cè)量電路本身或其前置級(jí)裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去傳感器的電纜引線(xiàn)。這樣，寄生電容大為減小而且易固定不變，使儀器工作穩(wěn)定。但這種傳感器因電子元件的特點(diǎn)而不能在高、低溫或環(huán)境差的場(chǎng)合使用。

項(xiàng)目五液位檢測(cè)外屏蔽層接大地或接儀器地，用來(lái)防止外界電場(chǎng)的干擾。內(nèi)外屏蔽層之間的電容是1:1放大器的負(fù)載。1:1放大器是一個(gè)輸入阻抗要求很高、具有容性負(fù)載、放大倍數(shù)為1(準(zhǔn)確度要求達(dá)1/10000)的同相(要求相移為零)放大器。因此“驅(qū)動(dòng)電纜”技術(shù)對(duì)1:1放大器要求很高，電路復(fù)雜，但能保證電容式傳感器的電容值小于1pF時(shí)，也能正常工作。1：1＋－測(cè)量電路前置級(jí)外屏蔽層內(nèi)屏蔽層芯線(xiàn)傳感器“驅(qū)動(dòng)電纜”技術(shù)原理圖

當(dāng)電容式傳感器的初始電容值很大(幾百μF)時(shí)，只要選擇適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)仍可采用一般的同軸屏蔽電纜，電纜可以長(zhǎng)達(dá)10m，儀器仍能正常工作。

項(xiàng)目五液位檢測(cè)（5）整體屏蔽法

將電容式傳感器和所采用的轉(zhuǎn)換電路、傳輸電纜等用同一個(gè)屏蔽殼屏蔽起來(lái)，正確選取接地點(diǎn)可減小寄生電容的影響和防止外界的干擾。下圖是差動(dòng)電容式傳感器交流電橋所采用的整體屏蔽系統(tǒng)，屏蔽層接地點(diǎn)選擇在兩固定輔助阻抗臂Z3和Z4中間，使電纜芯線(xiàn)與其屏蔽層之間的寄生電容CP1和CP2分別與Z3和Z4相并聯(lián)。如果Z3和Z4比CP1和CP2的容抗小得多，則寄生電容CP1和CP2對(duì)電橋平衡狀態(tài)的影響就很小?！涣麟娙蓦姌虻钠帘蜗到y(tǒng)C1C2CP1CP2Z3Z4-A項(xiàng)目五液位檢測(cè)

最易滿(mǎn)足上述要求的是變壓器電橋，這時(shí)Z3和Z4是具有中心抽頭并相互緊密耦合的兩個(gè)電感線(xiàn)圈，流過(guò)Z3和Z4的電流大小基本相等但方向相反。因Z3和Z4在結(jié)構(gòu)上完全對(duì)稱(chēng)，所以線(xiàn)圈中的合成磁通近于零，Z3和Z4僅為其繞組的銅電阻及漏感抗，它們都很小。結(jié)果寄生電容Cpl和Cp2對(duì)Z3和Z4的分路作用即可被削弱到很低的程度而不致影響交流電橋的平衡。還可以再加一層屏蔽，所加外屏蔽層接地點(diǎn)則選在差動(dòng)式電容傳感器兩電容C1和C2之間。這樣進(jìn)一步降低了外界電磁場(chǎng)的干擾，而內(nèi)外屏蔽層之間的寄生電容等效作用在測(cè)量電路前置級(jí)，不影響電橋的平衡，因此在電纜線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)10m以上時(shí)仍能測(cè)出1pF的電容。電容式傳感器的原始電容值較大（幾百pF）時(shí)，只要選擇適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)仍可采用一般的同軸屏蔽電纜。電纜長(zhǎng)達(dá)10m時(shí)，傳感器也能正常工作。項(xiàng)目五液位檢測(cè)4．防止和減小外界干擾當(dāng)外界干擾(如電磁場(chǎng))在傳感器上和導(dǎo)線(xiàn)之間感應(yīng)出電壓并與信號(hào)一起輸送至測(cè)量電路時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤差。干擾信號(hào)足夠大時(shí)，儀器無(wú)法正常工作。此外，接地點(diǎn)不同所產(chǎn)生的接地電壓差也是一種干擾信號(hào)，也會(huì)給儀器帶來(lái)誤差和故障。

屏蔽和接地。傳感器殼體；導(dǎo)線(xiàn)；傳感器與測(cè)量電路前置級(jí)等等。增加原始電容量，降低容抗。導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)之間要離得遠(yuǎn)，線(xiàn)要盡可能短，最好成直角排列，若必須平行排列時(shí)，可采用同軸屏蔽電纜線(xiàn)。盡可能一點(diǎn)接地，避免多點(diǎn)接地。地線(xiàn)要用粗的良導(dǎo)體或?qū)捰≈凭€(xiàn)。采用差動(dòng)式電容傳感器，減小非線(xiàn)性誤差，提高傳感器靈敏度，減小寄生電容的影響和溫度、濕度等誤差。

防止和減小干擾的措施歸納為：項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容式傳感器的等效電路

電容式傳感器的全等效電路如圖所示。圖中，L為包括引線(xiàn)電纜的電感和電容式傳感器本身的電感；r包括引線(xiàn)電阻、極板電阻和金屬支架電阻；Rg是極間等效漏電阻，包含極板間的漏電損耗和介質(zhì)損耗、極板與外界間的漏電損耗和介質(zhì)損耗；C0為傳感器本身的電容；Cp為引線(xiàn)電纜、所接測(cè)量電路及極板與外界所形成的總寄生電容。電容式傳感器電容量一般很小，容抗很大，而工作頻率一般較高，故略去圖中電阻的影響，電容式傳感器的等效阻抗為式中，C=CP+C0項(xiàng)目五液位檢測(cè)則等效電容為實(shí)際電容相對(duì)變化為因此實(shí)際的靈敏度為可見(jiàn)電容傳感器的等效靈敏度Ke與傳感器的固有電感L有關(guān)，且隨ω變化而變化。因此，在實(shí)際應(yīng)用前必須要進(jìn)行標(biāo)定，否則將會(huì)引入測(cè)量誤差。項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容式傳感器的測(cè)量電路1調(diào)頻測(cè)量電路

調(diào)頻測(cè)量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。調(diào)頻測(cè)量電路具有較高的靈敏度，可測(cè)至0.01μm級(jí)位移變化量，易于用數(shù)字儀器測(cè)量，并與計(jì)算機(jī)通訊，抗干擾能力強(qiáng)。當(dāng)電容發(fā)生變化時(shí)，頻率變?yōu)楫?dāng)被測(cè)信號(hào)為零時(shí),△C=0，振蕩器有一個(gè)固有振蕩頻率f0，即:項(xiàng)目五液位檢測(cè)2交流電橋測(cè)量電路變壓器電橋具有使用元件最少，橋路內(nèi)阻最小的特點(diǎn)。電橋輸出電壓為:

若傳感器為變極距式差動(dòng)電容傳感器，則電橋輸出為：經(jīng)放大、相敏檢波和濾波后輸出直流電壓USC大小與位移成線(xiàn)性關(guān)系，其正負(fù)極性反映位移的方向。項(xiàng)目五液位檢測(cè)CxC0Ixui

aI0b

-Ku0～3運(yùn)算放大器式測(cè)量電路項(xiàng)目五液位檢測(cè)4二極管雙T型交流電橋當(dāng)UE為正半周時(shí)，二極管VD1導(dǎo)通、VD2截止，于是電容C1充電;在隨后負(fù)半周出現(xiàn)時(shí)，電容C1上的電荷通過(guò)電阻R1，負(fù)載電阻RL放電，流過(guò)RL的電流為I1。UE在負(fù)半周內(nèi)，D2導(dǎo)通、D1截止，則電容C2充電，在隨后出現(xiàn)正半周時(shí)，C2通過(guò)電阻R2，負(fù)載電阻RL放電，流過(guò)RL的電流為I2。根據(jù)上面所給的條件，則電流I1=I2，且方向相反，在一個(gè)周期內(nèi)流過(guò)RL的平均電流為零。項(xiàng)目五液位檢測(cè)若將二極管理想化，當(dāng)電源為正半周時(shí)，電路可等效成一階電路

當(dāng)供電電壓是幅值為±UE、周期為T(mén)、占空比為50%的方波，可直接得到流過(guò)電容C2的電流iC2：正半周電流iC2的平均值IC2可以寫(xiě)成：項(xiàng)目五液位檢測(cè)同理，可得負(fù)半周時(shí)流過(guò)電容C1的平均電流IC1為故在負(fù)載RL上產(chǎn)生的電壓為：當(dāng)RL已知時(shí)，為常數(shù)，設(shè)為K，則：式中，f――電源電壓的頻率。表明，傳感器的輸出電壓不僅與電源電壓的頻率和幅值有關(guān)，而且與T形網(wǎng)絡(luò)中的電容C1和C2的差值有關(guān)。當(dāng)電源參數(shù)確定后，輸出電壓只是電容C1和C2的函數(shù)。項(xiàng)目五液位檢測(cè)5差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路如圖,C1、C2為傳感器的差動(dòng)電容，當(dāng)電源接通時(shí)，設(shè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的A端為高電位，B端為低電位，因此A點(diǎn)通過(guò)R1對(duì)Cl充電，直至F點(diǎn)上的電位等于參考電壓Ur時(shí)，比較器A1產(chǎn)生一個(gè)脈沖，觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，A點(diǎn)成低電位，B點(diǎn)成高電位。此時(shí)F點(diǎn)電位經(jīng)二極管VD1迅速放電至零，而同時(shí)B點(diǎn)的高電位經(jīng)R2向C2充電。當(dāng)G點(diǎn)的電位充至Ur時(shí)，比較器A2產(chǎn)生一脈沖，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)一次，使A點(diǎn)成高電位，B點(diǎn)成低電位，又重復(fù)上述過(guò)程。如此周而復(fù)始，在雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩輸出端各自產(chǎn)生一寬度受C1、C2調(diào)制的脈沖方波。

項(xiàng)目五液位檢測(cè)C1＝C2時(shí)

C1>C2時(shí)

項(xiàng)目五液位檢測(cè)當(dāng)電阻R1=R1=R時(shí)，則為：

uAB經(jīng)過(guò)濾波后，即可得到一直流輸出電壓U0

式中：如果是變間隙式，則：

因?yàn)椋篸1=d0+Δd;d2=d0-Δd;d1+d2=d0；則：

電容式傳感器的應(yīng)用1．電容式接近開(kāi)關(guān)

項(xiàng)目五液位檢測(cè)齊平式非齊平式電容式接近開(kāi)關(guān)外形非齊平式接近開(kāi)關(guān)的安裝非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安裝支架，易損壞。項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容式接近開(kāi)關(guān)在液位測(cè)量控制中的使用項(xiàng)目五液位檢測(cè)

電容式接近開(kāi)關(guān)在物位測(cè)量控制中的使用演示項(xiàng)目五液位檢測(cè)圖示為電容開(kāi)關(guān)在工程中的一個(gè)應(yīng)用。要求對(duì)某個(gè)工件進(jìn)行加工，工件用夾具固定在移動(dòng)工作臺(tái)上，工作臺(tái)由一個(gè)主電機(jī)拖動(dòng)，作來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)用兩個(gè)電容開(kāi)關(guān)來(lái)決定工作臺(tái)何時(shí)換向。當(dāng)“A”號(hào)傳感器有輸出信號(hào)時(shí)，使主電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，同時(shí)，接通其正轉(zhuǎn)電路，從而使工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)；當(dāng)“B”

號(hào)傳感器有輸出信號(hào)時(shí)，使主電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，同時(shí)，接通其反轉(zhuǎn)電路，從而使工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的行程限位。項(xiàng)目五液位檢測(cè)2.電容式油量表

當(dāng)油箱中注滿(mǎn)油時(shí)，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(shí)，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失去平衡，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減?。?，同時(shí)帶動(dòng)RP的滑動(dòng)臂移動(dòng)。當(dāng)RP阻值達(dá)到一定值時(shí)，電橋又達(dá)到新的平衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（

x處）。項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容式液位計(jì)

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大。聚四氟乙烯外套項(xiàng)目五液位檢測(cè)3.電容式差壓變送器高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線(xiàn)路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置項(xiàng)目五液位檢測(cè)電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1—高壓側(cè)進(jìn)氣口

2—低壓側(cè)進(jìn)氣口

3—過(guò)濾片

4—空腔

5—柔性不銹鋼波紋隔離膜片

6—導(dǎo)壓硅油

7—

凹形玻璃圓片

8—鍍金凹形電極

9—彈性平膜片

10—

腔項(xiàng)目五液位檢測(cè)各種電容式差壓變送器外形

項(xiàng)目五液位檢測(cè)4.電容式轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)齒數(shù)為Z，由計(jì)數(shù)器得到的頻率為f，則轉(zhuǎn)速n（r/min）為:5.電容式位移傳感器電容式位移傳感器在測(cè)振幅和測(cè)軸回轉(zhuǎn)精度和軸心偏擺的應(yīng)用。

項(xiàng)目五液位檢測(cè)6.濕敏電容

利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為80），所以電容量增大。

濕敏電容外形吸水高分子薄膜項(xiàng)目五液位檢測(cè)濕敏電容模塊及傳感器外形項(xiàng)目五液位檢測(cè)項(xiàng)目五液位檢測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)使用各種密閉容器來(lái)儲(chǔ)存高溫、有毒、易揮發(fā)、易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕等液體介質(zhì)，對(duì)這些容器的液位檢測(cè)應(yīng)采取怎樣的方式檢測(cè)呢？空氣傳導(dǎo)超聲波式液位變送器a）法蘭式b）外螺紋式超聲波式液位報(bào)警器項(xiàng)目五液位檢測(cè)項(xiàng)目五液位檢測(cè)

超聲波的物理特性波動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)波）：振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波次聲波：低于16Hz的機(jī)械波超聲波：高于2×104Hz的機(jī)械波微波：頻率在3×108~3×1011Hz之間的波項(xiàng)目五液位檢測(cè)聲波的頻率界限圖

項(xiàng)目五液位檢測(cè)

超聲脈沖經(jīng)短暫的時(shí)間到達(dá)液面，被液面反射回來(lái)。反射波經(jīng)液面上方的空氣，回到探頭?；趬弘娦?yīng)，探頭將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的電荷，再由電荷放大器轉(zhuǎn)換為電壓脈沖，傳送到超聲液位傳感器中的微處理器。項(xiàng)目五液位檢測(cè)一、空氣傳導(dǎo)超聲波液位傳感器的工作原理微處理器計(jì)算出從發(fā)射超聲波脈沖群到接收到液面所反射的超聲波脈沖群所需的時(shí)間t，再乘以被測(cè)體的聲速常數(shù)c，就得到超聲脈沖從發(fā)射到接收所經(jīng)歷的來(lái)回距離，它是傳感器發(fā)射面與液面距離h1的2倍：ct=2h1液位H等于換能器安裝高度減去傳感器與液面的距離。項(xiàng)目五液位檢測(cè)1）由于發(fā)射的超聲波脈沖群有一定的時(shí)間寬度，使得距離探頭較近的區(qū)域內(nèi)反射波與發(fā)射波重迭，無(wú)法識(shí)別，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為測(cè)量盲區(qū)。盲區(qū)的大小與超聲波式液位變送器的量程有關(guān)。2）探頭的軸向盡可能與液面垂直，不要裝在進(jìn)料口以及人梯附近，離罐壁要有0.3~0.5m的距離，防止回波干擾。項(xiàng)目五液位檢測(cè)3）如果液面晃動(dòng)，會(huì)因反射波散射，而使接收困難。此