5.3 电容式传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（电工版）

2024-01-08

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5 位移与物位传感器 5.1 电位器式传感器 5.2 电感式传感器 5.3 电容式传感器 5.4 超声波传感器 5.5 数字式位置传感器 5.6 接近开关 1.工作原理及类型 S ——极板相对覆盖面积； d ——极板间距离； εr——相对介电常数； ε0——真空介电常数，； ε ——电容极板间介质的介电常数。 d S ε 5.3 电容式传感器变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h）变介电常数(ε )型: （i）～(l) 上一页返回下一页 2. 变极距型电容传感器 C与非线性关系若△d/d<<1时，则式（5.4.3）可简化为若极距缩小△d 最大位移应小于间距的1/10 初始电容上一页返回下一页在实际应用中，采用差动式改善其非线性 d 变极距式电容传感器工作原理图图5.5.6差动变极距电容式传感器图5.3.6变极距型电容式传感器（含固体介质）常用的固体介质为云母片或塑料膜。云母的介电系数为空气的7倍，云母的击穿电压不少于103kV／mm（空气的击穿电压仅为3kV／mm）。厚度仅为0.01mm的云母片，它的击穿电压也不小于10kV，因此有了云母片，极板之间的距离可大大减小，还能提高电容式传感器的灵敏度。 3. 变面积型电容传感器当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为 △C与△x间呈线性关系上一页返回下一页电容式角位移传感器当θ=0时当θ≠0时传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系上一页返回下一页 4. 变介质型传感器上一页返回下一页变介电常数型图5.3.14 N2和N3与介质层相对厚度的关系曲线这类传感器常用来测量介质的介电常数和监测材料的性能变化等。图5.3.13 变介质型电容式传感器常见介质的相对介电常数变介质体积型初始电容电容式液位传感器电容与液位的关系为：上一页返回下一页可见，传感器的电容量正比于液位的高度h 当L=0时，若传感器的初始电容上一页返回下一页 b0为极板的宽度电容变化量与电介质移动量L呈线性关系当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为电容式传感器的转换电路图5.3.16电容式传感器的测量转换电路图5.3.17 变压器电桥图5.3.19 二极管双T电桥图5.3.21 差动脉冲宽度调制电路的原理图图5.3.23 运算放大器测量电路图5.3.25 调频测量电路原理图电容式传感器特点 ①测量范围大。 ②灵敏度高。 ③动态响应好。 ④可实现非接触式测量，且具有平均效应。 ⑤结构简单，适应性强。 ①输出阻抗高，负载能力差。 ②寄生电容影响大。 5.3.3 电容式传感器的应用 1. 电容式差压传感器 2. 电容式加速度传感器 3. 电容式振动位移传感器 4.容栅式传感器上一页返回下一页 P 2 玻璃盘镀金层金属膜片 C 2 电极引线 p 1 C 1 电容式差压传感器结构简单、灵敏度高、响应速度快(约100ms) 能测微小压差(0～0.75Pa)、真空或微小绝对压力需把膜片的一侧密封并抽成高真空(10-5Pa)即可上一页返回下一页 1151差压变送器电容式加速度传感器上一页返回下一页加速度传感器在汽车中的应用装有传感器的假人气囊 CADILLAC XT5: https://chejiahao.autohome.com.cn/info/2989883/ PASSAT: https://www.bilibili.com/video/av83330405 电容测厚仪(金属) 21 a)测振幅 b)测轴回转精度和轴心偏摆被测物振动电容式传感器被测轴电容式传感器电容式位移传感器应用上一页返回下一页电容式转速传感器电容式荷重传感器 F 绝缘材料动极板定极板极板支架弹性体电容式指纹传感器指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。 25 26 电容式接近开关属于一种具有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡电路、信号转换处理电路等部分组成当没有物体靠近感应电极时，感应电极与大地间的电容量C非常

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