電容式接近開關(guān)

山西冶金高級(jí)技工學(xué)校 教案（首頁）課 題電容式接近開光授課班級(jí)授課時(shí)間2015-6-5學(xué)習(xí)目標(biāo)電容式接近開光的結(jié)構(gòu)及其原理。電容式接近開光主要技術(shù)指標(biāo)。電容式接近開光的等效電路。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)電容式接近開光主要技術(shù)指標(biāo)教學(xué)準(zhǔn)備教學(xué)課件教學(xué)內(nèi)容綱要教學(xué)方法、電容式接近開光的原理這種開關(guān)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是開關(guān)的外殼。這個(gè)外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時(shí)，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對(duì)象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。被檢測物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體等）；可以是接地的，也可以是不接地的。調(diào)節(jié)接近開關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測物不同來改變動(dòng)作距離。，電容式傳感器的感應(yīng)面由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很像“打開的”電容電極，該兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)電容，串接在RC振蕩回路內(nèi)。當(dāng)一個(gè)目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時(shí)，電容器的容量增加。通過后極電路的處理，將停振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，從而起到了檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測到金屬物體，也能檢測到非金屬物體，對(duì)金屬物體可獲得最大的動(dòng)力作距離，對(duì)非金屬物體動(dòng)介電電容式傳感器的感應(yīng)面由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很像“打開的”電容電極，該兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)電容，串接在RC振蕩回路內(nèi)。當(dāng)一個(gè)目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時(shí)，電容器的容量增加。通過后極電路的處理，將停振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，從而起到了檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測到金屬物體，也能檢測到非金屬物體，對(duì)金屬物體可獲得最大的動(dòng)力作距離，對(duì)非金屬物體動(dòng)介電教學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容綱要教學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容綱要教學(xué)方法基本工作原理平行板電容器8S￡￡SC= = —r—5 5￡0--真空的介電常數(shù)；￡= 1 （F/cm）=1（PF/cm）；04兀x9x1011 3.6兀￡-電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；￡--介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，對(duì)于空氣，￡=1r r單位：1法拉（F）=106微法（MF）=1012皮法（PF）或微微法（卩卩F）變面積型電容式傳感器小 ￡S ￡abC=——= 0 5 5C=￡S=乙“=C-￡b?山5 5 0 5AC=C-C=￡b?Ax0 5靈敏度：KT=AC=￡b［（與a的大小無關(guān)）Ax51問題：極板間距5能否很?。坎荒茏兘橘|(zhì)介電常數(shù)型電容式傳感器（1）電容式液面計(jì)（液位傳感器）片一待測液面咼度n/{丄亠^/|_|教學(xué)方法教學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容綱要2兀h￡ 2兀(h—h)￡1~iF 12—2兀h￡ 2兀(h—h)￡1~iF 12—lnfR]Ir丿—A+Kh—f(h)i 八iln[RIIr丿2jche(RIn2k(￡—￡RVln2_2 122(R1(R1lnln1r丿Ir丿結(jié)論：傳感器的電容量C與液位高度h成正比。（2）測濕（測厚）傳感器待測體（2）測濕（測厚）傳感器待測體C1C1C2￡S￡S1- 2 TOC\o"1-5"\h\zCCC8—dd SC+C￡S￡S8—dd\o"CurrentDocument"12——+-^ +—8—dd￡ ￡12結(jié)論：①若d不變，C—g（￡），為介電常2數(shù)8的測試傳感器，如濕度傳感器（糧食、紡織品，木材等）；②若￡不變，C—h（d），可用來測2量紙張、絕緣薄膜等厚度的測厚傳感器。4.變極板間距型電容式傳感器

初始電容：C0辛假若動(dòng)極板上移ASc_^^_es_c_s—as si as 0 as—1——S S若等<<1，上式可按級(jí)數(shù)展開S“as(aS)“as(aS)+"T+(aS)3+???AC二C—C二C00AST+AS)

丁丿電容量的相電容量的相AC_AS01AC_AS01AS1+百+AS)

百丿2+???同理:若動(dòng)極板下移ASeS _eeS _eSs+as s—c^iAS_CoAS1+1+-S SAC_AS

C_T0(aS)略去高次項(xiàng)ACAS沁——CS0靈敏度為KT=A略去高次項(xiàng)ACAS沁——CS0靈敏度為KT=AC-(近似線性關(guān)系)sSS2PC(AC)Ic0丿(C丿10實(shí)際0理想(AC)〔c0丿'0/理想AS)2r=aSs21非線性誤差為S丿aSTX100%=ASX100%動(dòng)極板動(dòng)極板結(jié)論：欲提高靈敏度，應(yīng)減少起始間隙5,但受電容器擊穿電壓的限制；為了保證一定的線性度，即減小非線性誤差，應(yīng)限制動(dòng)極板的相對(duì)位量。為了改善非線性，應(yīng)采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。5?差動(dòng)式電容傳感器假若動(dòng)極板上移:“A5(A5“A5(A5)+"T+3+??1A51-^+A5)〒丿竺丫+??3+2|3+2|A5Y+…AC二C1A5)百丿

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4+???AC小A5忽略高次項(xiàng),沁2—-忽略高次項(xiàng),C50TOC\o"1-5"\h\zAC 2eS\o"CurrentDocument"靈敏度為 K= =-A5 52非線性誤差為(AC'(AC]<c0丿(C、丿1'0/實(shí)際'0"理想1(AC]<c0丿1'0z理想2r=<5丿(100%=x100%結(jié)論:差動(dòng)式電容傳感器比單一電容傳感器靈敏度提高一倍，而且非線性誤差大大降低。

3.2電容式傳感器的等效電路1.等效電路Rp并聯(lián)損耗電阻包括了電極間直流漏電阻和氣隙中介質(zhì)損耗；Rs—串聯(lián)損耗電阻包括引線電阻、金屬接線柱電阻和電容極板電