精品中职 《传感器与检测技术 》教学课件项目04 电容式传感器的应用

传感器与检测技术 1 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 任务二 电容式湿敏传感器在空气湿度用 项目四 电容式传感器的应用 目 录 　　通过本项目的学习，让学生能识别电容式传感器，能根据任务要求，正确安装电容式传感器，正确完成电容式传感器测量直线位移的电路接线，正确测量直线位移并且读数正确。 学习重点 项目四 电容式传感器的应用 根据以前所学的电工知识，平行板电容器的电容（忽略边缘效应），为 式中：ε—极板间介质的介电常数； 　　ε=ε0εr，ε0为真空中的介电常数，ε0=8.85×10-12F/m ，εr为极板间介质的相对介电常数； 　　A—两极板所覆盖的面积； 　　d—两极板之间的距离； 　　C—电容量，单位为F。 一、电容式传感器工作原理 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 　　电容式传感器主轴测量回转精度　　　　　　　平行板电容器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 从公式 可以看出电容量与极板间介质的介电常数、两平行板所覆盖的面积成正比，与两极板间距离成反比。固定三个变量中的两个，电容就是另一个变量的单值函数，故电容式传感器可以分成变极距式、变面积式、变介电常数式三种。 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 1. 变极距式电容传感器 　　变极距式电容传感器由两块极板构成，一块是定极板，还有一块是动极板，由所示。当定极板保持不动，动极板上下移动之后，两极板之间的极距发生变化，引起电容量的变化。由于电容量与极距成反比，所以变极距式电容传感器的输出特性是非线性的，如图所示。为了提高传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差动形式。 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 变极距式电容传感器结构示意图 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 变极距式电容传感器输出特性 一、电容式传感器工作原理 差动变极距式电容传感器如图所示，上下两块极板为定极板，中间为动极板，动极板不受外力作用时， ，差动变极距式电容传感器的电容的差值 。当动极板向上移动时， ，所以C1=C0－ΔC，C2=C0+ΔC，所以C1－C2=-2ΔC，若动极板向下移动，则C1-C2=+2ΔC电容的变化量为原来的两倍，灵敏度也提高一倍。 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 差动变极距式电容传感器结构示意图 电容式微位移传感器 2. 变面积式电容传感器 变面积式电容传感器分为平板型直线位移式、同心圆筒型和角位移型，如图所示。图中的三种电容式传感器的定、动极板形状不同，测量的物理量也不尽相同。 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 变面积式电容传感器 1—动极板2—定极板3—外圆筒4—内圆筒5—导轨 一、电容式传感器工作原理 以平板型为例，设两矩形极板间相覆盖面积为A，当动极板移动ΔX，则两极板所覆盖的面积A发生变化，电容量也改变。由于电容量与两极板所覆盖的面积成正比，所以变面积式的输出特性是线性的，灵敏度是常数。 　　变极板面积型电容传感器还可以将极板加工为其他形状，以实现其他量的测量，但其原理、方法都是相同的，可见变极板面积式电容传感器一般可用来测角位移(一角秒至几十度)、较大线位移、尺寸等参量。如图所示就是电容式角位移传感器。 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 3.变介电常数式电容传感器 　　每一种物质的介电常数都不同，见表。所以在两极板间插入不同的介质，就会改变电容器的电容量。如图所示，将厚度为d2、介电常数为ε2的介质从左往右插入极板，两极板间的电容量随之发生改变。根据实验证明，电容的变化量与进入两极板间的介质的介电常数、进入的距离、介质厚度均有关。 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 变介电常数式电容传感器 　　不同材料的介电常数 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 从表可以看出，水的介电常数比较大，所以变介电常数电容式传感器用于检测空气湿度，也可以做成电容湿度计，如图所示。 电容湿度计 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原理 变介电常数电容式传感器应用广泛，除了可以做成湿度计，还可以测量介电材料的厚度、物位、固体介质的湿度等，如图所示为射频入式电容液位计。　 射频投入式电容液位计 任务一 电容式传感器在位移检测中的应用 一、电容式传感器工作原