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第三章電容式傳感器電容元件非電量電容量變化

1920~1925電容傳感器用于測量

70~80年代,應用廣泛集成電容傳感器1§3-1電容式傳感器的原理和結構一、基本工作原理C——電容量,單位:F法拉——真空介電常數——極板間介質的相對介電常數A——極板的有效面積(m2)——兩平行極板間的距離(m)1、平板電容器23二、變間隙型電容傳感器極板上移:1、基本特性4討論:(1)略去高次項5(2)考慮二次項2、有介電層的變間隙型電容傳感器63、差動式變間隙型電容傳感器動極板上移:初始位置時,7提高一倍減小略去高次項:8三、變面積型電容傳感器差動結構變面積型板狀線位移變面積型角位移變面積型筒狀線位移變面積型結構型式1、板狀線位移變面積型線性9線性線性3、筒狀線位移變面積型2、角位移變面積型104、差動結構變面積型①扇形平板結構②柱面型結構11四、變介質型電容傳感器例:12例電容式液位傳感器線性13§3-2電容式傳感器的測量電路電容式傳感器測量電路被測非電量U、I、f電容直放式外差式普通交流電橋耦合電感電橋變壓器電橋雙T二極管交流電橋交流電橋電路運算放大器式電路調頻電路調幅電路調寬電路14一、調頻電路振蕩回路固有電容引線分布電容傳感器電容1、直放式:15被測信號調頻信號鑒頻信號調頻電路的優(yōu)點:抗干擾能力強特性穩(wěn)定高電平直流信號易于接口16二、雙T二極管交流電橋17三、運算放大器式電路18變間隙型電容傳感器:線性關系結論:輸出電壓與動極板的位移d(即極間距離)成線性關系,相位與電源電壓相反。19四、脈沖寬度調制電路跳變觸發(fā)器翻轉跳變觸發(fā)器翻轉SR20tuAuBuABUCUrUrU1-U100000U1U1T1T2ttttUDuB21uAuBuABUCUDUrUr-U1U1T100000T2U1U1ttttt返回2223變間隙型差動電容傳感器:變面積型差動電容傳感器:24例1電容測厚傳感器在板材軋制裝置中的應用§3-3電容式傳感器的應用2526電容式傳感器測鋼帶厚度27例2電容式稱重傳感器28例3電容式壓力傳感器單只變間隙型差動式2930例4電容式料位傳感器31例5電容式加速度傳感器慣性原理32例6

電容式接近開關電容式接近開關在液位測量控制中的使用33電容式接近開關在物位測量控制中的使用演示347、電容式轉速傳感器358、電容式鍵盤常規(guī)的鍵盤有機械按鍵和電容按鍵兩種。電容式鍵盤是基于電容式開關的鍵盤,原理是通過按鍵改變電極間的距離產生電容量的變化,暫時形成震蕩脈沖允許通過的條件。這種開關是無觸點非接觸式的,磨損率極小。369、電容式指紋傳感器指紋識別所需電容傳感器包含一個大約有數萬個金屬導體的陣列,其外面是一層絕緣的表面,當用戶的手指放在上面時,金屬導體陣列/絕緣物/皮膚就構成了相應的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊(近的)和溝(遠的)與金屬導體之間的距離不同而變化。3738電容式傳聲器(Microphone)電容傳聲器核心是平板電容器,振動膜片是一片表面經過金屬化處理的輕質彈性薄膜,當膜片隨著聲波的壓力的大小產生振動時,膜片與后極板之間的相對距離發(fā)生變化,膜片與極板所構成電容器的量就發(fā)生變化。極板上的電荷隨之變化,電路中的電流也相應變化,負載電阻上也就有相應的電壓輸出,從而完成了聲音信號與電信號的轉換。39電容式傳聲器(Microphone)40小結變電容式傳感器是將被測量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器。只要固定平行板電容器3個參量d、A、ε

中的兩個,只要另外一個參數改變,則電容量就將產生變化,所以電容式傳感器可以分成3種類型:變面積式、變間隙式與變介電常數式。電容傳感器的電容值一般十分微小,幾乎都在幾皮法至幾十皮法之間,因而輸出必須借助于一些測量電路,將微小的電容值成比例地轉換為電壓、電流或頻率信號。41一變間隙式平板電容傳感器,其極板直徑D=8mm,極板間初始間距d0=1mm.,極板間介質為空氣,其介電常數ε0=8.85×10-12F/m。試求:(1)初始電容C0;(2)當傳感器工作時,間隙減小d=10μm,則其電容量變化C=?(3)如果測量電路的靈敏度Ku=100mV/pF,則在d=±1μm時的輸出電壓U0。423、簡述電容式傳感器用差動脈沖調寬電路的工作

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