第五章电容传感器ppt课件

1、第五章第五章 电容传感器电容传感器章节导入：章节导入： 电容传感器以各种类型的电容作电容传感器以各种类型的电容作为传感元件，通过它将被测量转化为为传感元件，通过它将被测量转化为电容量，然后再转化为电压、电流、电容量，然后再转化为电压、电流、频率。频率。本章要点：本章要点：1、电容传感器的类型及工作原理、电容传感器的类型及工作原理2、电容传感器的灵敏度及输出特性、电容传感器的灵敏度及输出特性3、电容传感器的测量转换电路、电容传感器的测量转换电路4、电容传感器的应用、电容传感器的应用电容传感器工作原理可以用平板电容说明：电容传感器工作原理可以用平板电容说明： 0rssC 0r改变式中改变式中 S

2、S 极板面积，称变面积型传感器极板面积，称变面积型传感器 极板距离，称变极距型传感器极板距离，称变极距型传感器 介电常数，称变介质型传感器介电常数，称变介质型传感器 真空介电常数真空介电常数 相对介电常数，相对介电常数， 无介质时空气介质无介质时空气介质 r =1r =1第一节第一节 电容式传感的结构形式及工作原理电容式传感的结构形式及工作原理一、变面积式电容传感器一、变面积式电容传感器 1 1、构造、构造 图图a a是平板形直线位移式结构，其中极板是平板形直线位移式结构，其中极板1 1可以左右移动，可以左右移动，称为动极板。极板称为动极板。极板2 2固定不动，称为定极板。图固定不动，称为定极

3、板。图b b是同心圆筒形是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒变面积式传感器。外圆筒3 3不动，内圆筒不动，内圆筒4 4在外圆筒内作上、下在外圆筒内作上、下直线运动直线运动,5,5是导轨。图是导轨。图c c是一个角位移式的结构。极板是一个角位移式的结构。极板1 1的轴由的轴由被测物体带动而旋转一个角位移被测物体带动而旋转一个角位移 度时，两极板的遮盖面积度时，两极板的遮盖面积A A就减小，因而电容量也随之减小。就减小，因而电容量也随之减小。2 2、变面积式电容传感器的特性、变面积式电容传感器的特性 平板电容：平板电容： 当动极板移动当动极板移动XX后两极板间电容量为：后两极板间电容量为：000()

4、b axbxCCxCCa 0a bC0CxCa 初始电容初始电容: : 电容的相对变化量电容的相对变化量: : 平板变面积型电容传感器灵敏度平板变面积型电容传感器灵敏度CbKX结论：结论：增大极板长度，减小极板距离都可提高灵敏度增大极板长度，减小极板距离都可提高灵敏度变面积式电容传感器灵敏度变面积式电容传感器灵敏度K K为常数；为常数； 输出特性为线性；输出特性为线性； 适合大位移测量。适合大位移测量。ab变面积式电容传感器的特性变面积式电容传感器的特性同心圆筒变面积式：同心圆筒变面积式：电容变化及灵敏度为电容变化及灵敏度为结论：结论： 内外圆筒的半径差越小，灵敏度越高。内外圆筒的半径差越小，

5、灵敏度越高。 实际使用时，外圆筒必须接地，这样可以屏蔽实际使用时，外圆筒必须接地，这样可以屏蔽外界干扰，并且能减小周围人体及金属体对内圆筒外界干扰，并且能减小周围人体及金属体对内圆筒的分布电容，减小误差。的分布电容，减小误差。 )1 ()ln()(2hxCrRxhCx)ln(2rRdxdCxK2R2rxh0345变面积式电容传感器的特性变面积式电容传感器的特性角位移式：角位移式：电容变化及灵敏度为电容变化及灵敏度为结论：结论： 增加动极板和定极板的对数，灵敏度越高。增加动极板和定极板的对数，灵敏度越高。 实际使用时，动极板接地，必须做一个接地实际使用时，动极板接地，必须做一个接地的金属屏蔽盒，

6、将定极板屏蔽。的金属屏蔽盒，将定极板屏蔽。 )1 ()1 (CdACdAddCK12二、变极距式电容传感器二、变极距式电容传感器 0rssC 00sC初始电容初始电容0 当当 减小减小 时，电容时，电容C C增加增加 CCxxCCxCxxCxSCx)1(CCCx)(xSdxdCxK2灵敏度为：灵敏度为：变极距式电容传感器的特性变极距式电容传感器的特性从上式得出结论：从上式得出结论：1 1、初始极距小，灵敏度高。、初始极距小，灵敏度高。2 2、非线性缺点）、非线性缺点）3 3、行程较小两块极板短、行程较小两块极板短路）。路）。采用差动形式：采用差动形式：1 1、提高传感器的灵敏度，、提高传感器的

7、灵敏度，减小减小 非线性。非线性。2 2、外界的影响诸如温度、外界的影响诸如温度、鼓励鼓励 源电压、频率变化等源电压、频率变化等也基本也基本 能相互抵消能相互抵消C1C2d2d1xxC1C2L0- xL0+ x三、变介电常数式三、变介电常数式 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。利用这种原理制成的传感器叫做变介电介质时，电容器的电容量也就不同。利用这种原理制成的传感器叫做变介电常数式传感器。例如：常数式传感器。例如： 1、当某种介质处于两极板间时，介质厚度、当某种介质处于两极板间

8、时，介质厚度 越厚，电容量也就越大。越厚，电容量也就越大。 2、当介质厚度、当介质厚度保持不变、而相对介电常数保持不变、而相对介电常数r改变，如空气湿度变化，介改变，如空气湿度变化，介质吸入潮气（质吸入潮气（ r水水1时，电容量将变大。时，电容量将变大。 3、当被测液体绝缘体的液面在两个同心圆金属管状电极间上下变化、当被测液体绝缘体的液面在两个同心圆金属管状电极间上下变化时，引起两电极间不同介电常数介质上半部分为空气，下半部分为液体时，引起两电极间不同介电常数介质上半部分为空气，下半部分为液体的高度变化，因而导致总的电容量变大。的高度变化，因而导致总的电容量变大。 变介电常数式电容传感器可以检

9、测片状材料的厚度、性质，颗粒状物体的变介电常数式电容传感器可以检测片状材料的厚度、性质，颗粒状物体的含水量以及测量液体的液位等。含水量以及测量液体的液位等。三、变介电常数式三、变介电常数式 （几种介质的相对介电常数（几种介质的相对介电常数介质名称介质名称相对介电常数相对介电常数rr介质名称介质名称相对介电常相对介电常数数rr真空真空1 1玻璃釉玻璃釉3535空气空气略大于略大于1 1SiO2SiO23838其他气体其他气体11.211.2云母云母5858变压器油变压器油2424干的纸干的纸2424硅油硅油23.523.5干的谷物干的谷物3535聚丙烯聚丙烯22.222.2环氧树脂环氧树脂310

10、310聚苯乙烯聚苯乙烯2.42.62.42.6高频陶瓷高频陶瓷1016010160聚四氟乙烯聚四氟乙烯2.02.0低频陶瓷、压低频陶瓷、压电陶瓷电陶瓷100010000100010000聚偏二氟乙聚偏二氟乙烯烯3535纯净的水纯净的水8080第二节第二节 电容式传感器的测量转换电路电容式传感器的测量转换电路 电容传感器中电容值变化都很微小，不能直接显示记录，电容传感器中电容值变化都很微小，不能直接显示记录， 必须将电容变化转换为电流、电压、频率的变化。必须将电容变化转换为电流、电压、频率的变化。 一、桥式电路一、桥式电路桥式电路是电容传感器转换电路中最常见的电路之一。桥式电路是电容传感器转换电

11、路中最常见的电路之一。 ui 1MHz ui 1MHz uouoC1C1C2C2CxCxC3C3Cx1Cx1Cx2Cx2 uouo单臂桥接法单臂桥接法差动接法差动接法n Cx为电容传感器，当交流电桥平衡时，其平衡条件为电容传感器，当交流电桥平衡时，其平衡条件为：为：n n当当Cx变化时，变化时， ，即桥路有输出电压，上述指，即桥路有输出电压，上述指单臂桥接法。单臂桥接法。n差动接法时，若差动接法时，若Cx1=Cx2，因两电容上叠加的交流，因两电容上叠加的交流电压值相等但相位相反，那么电压值相等但相位相反，那么 。若。若CX1CX2，因两电容上叠加的交流电压值不等相位相反，那因两电容上叠加的交流

12、电压值不等相位相反，那么么 ，即桥路有输出电压。，即桥路有输出电压。n n 相位由相敏检波电路分辨相位由相敏检波电路分辨 321CCxCC0oU0oU0oU0oU2202121UiCCUCCCCoUixxxx二、调频二、调频FMFM电路电路 调频测量电路把电容传感器作为振荡器谐振回路调频测量电路把电容传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入被测信号使电容发生变化时，振荡的一部分，当输入被测信号使电容发生变化时，振荡器的振荡频率发生变化。其中器的振荡频率发生变化。其中L L为固定电感，电容为固定电感，电容C C包包含谐振回路中的微调电容含谐振回路中的微调电容C1C1，传感器电缆分布电容，传感器电

13、缆分布电容CcCc以及变化电容以及变化电容Cx Cx 12fLC 由于系统是非线性的，必须加入鉴频器将频率变由于系统是非线性的，必须加入鉴频器将频率变化转化换为电压的变化。化转化换为电压的变化。 优点：抗干扰能力强，可以取得高电平的直流优点：抗干扰能力强，可以取得高电平的直流信号。已克服分布电容的影响。信号。已克服分布电容的影响。CxCxL0L0调频振荡器调频振荡器限幅器限幅器鉴频器鉴频器放大器放大器f fUoUTTLTTL去计算机去计算机电压输出电压输出三、脉宽调制三、脉宽调制PWMPWM电路电路电路组成：电路组成： A1A1、A2A2比较器；比较器；FFFF双稳态触发器；双稳态触发器； V

14、D1VD1、VD2VD2与与电阻组成充放电回路；电阻组成充放电回路；UfUf参考直流电压参考直流电压; ; 双稳态作双稳态作输出输出; ;电容电容Cx1Cx1、Cx2Cx2为传感器差动电容。为传感器差动电容。 -+A1-+A2RsQQFFQ低通低通滤波器滤波器UfUoR1VD1R2VD2Cx1Cx2电路分析：电路分析： 设接通电源时设接通电源时A A高高B B低，低，R1R1对对C1C1充电充电C C点上升到点上升到UfUf，比较，比较器器A1A1输出极性改变，触发器翻转；输出极性改变，触发器翻转；A A低低B B高，高，D1D1道通道通C1C1放放电；同时电；同时B B点经点经C2C2充电使

15、充电使A2A2翻转。翻转。12120121212ABFFFTTT TU U UUUUT TT TT T第三节第三节 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 电容器的容量受三个因素影响，即：极距电容器的容量受三个因素影响，即：极距x、相对面积相对面积A 和极间介电常数和极间介电常数 。固定其中两个变。固定其中两个变 量，电容量量，电容量C 就是另一个变量的一元函数。只要就是另一个变量的一元函数。只要想办法将被测非电量转换成极距或者面积、介电想办法将被测非电量转换成极距或者面积、介电常数的变化，就可以通过测量电容量这个电参数常数的变化，就可以通过测量电容量这个电参数来达到非电量电测的目的。来达到非电

16、量电测的目的。 一、电容板材在线测厚仪一、电容板材在线测厚仪测量过程：测量过程：电容测厚仪用于测量金属带材在轧制过程中的厚度电容测厚仪用于测量金属带材在轧制过程中的厚度变化。变化。 带材是电容的动极板，总电容带材是电容的动极板，总电容Cx=C1+C2Cx=C1+C2作为桥臂。作为桥臂。 利利C1C1、C2C2两个极板当带材上下波动时两个极板当带材上下波动时Cx=C1+C2Cx=C1+C2总的总的电容量不变；而带材的厚度变化使电容电容量不变；而带材的厚度变化使电容CxCx变化。变化。 Cx=C1+C2Cx=C1+C2蓝色为传动、辊绿色为轧辊、黄色为带材、红色为测蓝色为传动、辊绿色为轧辊、黄色为带

17、材、红色为测量极板量极板二、硅微加工加速度传感器二、硅微加工加速度传感器 图示加速度传感器以微细加工图示加速度传感器以微细加工技术为基础，既能测量交变加速度技术为基础，既能测量交变加速度振动），也可测量惯性力或重力振动），也可测量惯性力或重力加速度。其工作电压为加速度。其工作电压为2.72.75.25V5.25V，加速度测量范围为数个加速度测量范围为数个g g，可输出，可输出与加速度成正比的电压也可输出占与加速度成正比的电压也可输出占空比正比于加速度的空比正比于加速度的PWM PWM 脉冲。脉冲。 1 1加速度测试单元加速度测试单元 22信号处理电路信号处理电路 33衬底衬底 44底层多晶硅下

18、电极）底层多晶硅下电极） 55多晶硅悬臂梁多晶硅悬臂梁 66顶层多晶硅上电极）顶层多晶硅上电极）技术指标：技术指标：灵敏度：灵敏度：500mV/g 500mV/g ；量程：；量程：10g 10g 频率范围：频率范围：0.5-2000Hz0.5-2000Hz；安装谐振点安装谐振点:8kHz :8kHz ； 分辨力：分辨力：0.00004g 0.00004g ；重量：；重量：200g 200g 安装螺纹：安装螺纹：M5 mm M5 mm ； 线性误差：线性误差：1% 1% 1、测量过程、测量过程 利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结多层结 构。

19、在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容组成差动电容C1、C2。图中的底层多晶硅和顶层多。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅是一个可以上下微动的晶硅固定不动。中间层多晶硅是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相当于悬臂梁。振动片。其左端固定在衬底上，所以相当于悬臂梁。 当它感受到上下振动时，当它感受到上下振动时，C1、C2呈差动变化。呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将将C 转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一转换成直流输出电压。它的激励源也做在同

20、一壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达1kHz以上，以上，允许加速度范围可达允许加速度范围可达10g 以上。以上。 如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。2、加速度传感器在汽车中的应用、加速度传感器在汽车中的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值

21、时，得的负加速度值超过设定值时， 微处理器据此判断发生了碰微处理器据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。 装有传感器装有传感器的假人的假人气囊气囊汽车气囊的保护作用汽车气囊的保护作用 使用加速度使用加速度传感器可以在传感器可以在汽车发生碰撞汽车发生碰撞时，经控制系时，经控制系统使气囊迅速统使气囊迅速充气充气 。 三、湿敏电容三、湿敏电容 1、测量过程、测量过程 利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传

22、感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加水的相对介电常之间的介质相对介电常数大为增加水的相对介电常数为数为80），所以电容量增大。），所以电容量增大。 2、湿敏电容模块及传感器外形、湿敏电容模块及传感器外形吸水高分子薄膜吸水高分子薄膜多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形 在野外的使用在野外的使用带报警器的家庭使用型带报警器的家庭使用型四、电容式液位计四、电容式液位计 1、测量过程、测量过程、 棒

23、状电极金属管外面包裹聚棒状电极金属管外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。容变大。 液位限位传感器与液位变送器的区别液位限位传感器与液位变送器的区别在于：它不给出模拟量，而是给出开关在于：它不给出模拟量，而是给出开关量。当液位到达设定值时，它输出低电量。当液位到达设定值时，它输出低电平。但也可以选择输出为高电平的型号。平。但也可以选择输出为高电平的型号。聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套2 2、液位限位传感器的设定、液位限位传感器的设定 智能化液位传感器的设智能化液位传感器的设定方法十

24、分简单：定方法十分简单： 用手指压住设定按钮，用手指压住设定按钮，当液位达到设定值时，放开当液位达到设定值时，放开按钮，智能仪器就记住该设按钮，智能仪器就记住该设定。正常使用时，当水位高定。正常使用时，当水位高于该点后，即可发出报警信于该点后，即可发出报警信号和控制信号。号和控制信号。设定按钮设定按钮智能化液位限位传感器的设定按钮智能化液位限位传感器的设定按钮超限灯超限灯正常工作指正常工作指示灯示灯设定按钮设定按钮电源指示电源指示灯灯3 3、电容式油料位计：用于水泥、化工、罐装等传、电容式油料位计：用于水泥、化工、罐装等传 感器感器 静电容：静电容： 0022()lnlnSXHChDDdd 0

25、CCC检测电极为电容的一检测电极为电容的一个极，罐子的外壳为个极，罐子的外壳为电容的另一个极。第电容的另一个极。第一项是静电容一项是静电容C0C0： 电容式油量表电容式油量表1 1、测量过程、测量过程 当油箱中无油时，电容传感器的电容量当油箱中无油时，电容传感器的电容量Cx =Cx Cx =Cx 0 0，调节匹配电容使，调节匹配电容使C0=Cx 0C0=Cx 0，R4=R3R4=R3；并使调零电位器；并使调零电位器RPRP的滑动臂位于的滑动臂位于0 0点，即点，即RPRP的电阻值为的电阻值为0 0。此时，电桥满。此时，电桥满足足Cx /C0=R4 /R3Cx /C0=R4 /R3的平衡条件，电

26、桥输出为零，伺服电的平衡条件，电桥输出为零，伺服电动机不转动，油量表指针偏转角动机不转动，油量表指针偏转角 =0 =0。 电容式油量表电容式油量表 当 油 箱 中 注 满 油 时 ， 液 位 上 升 至当 油 箱 中 注 满 油 时 ， 液 位 上 升 至 h 处 ，处 ，Cx=Cx0+Cx，而，而Cx与与h成正比，此时电桥失去平成正比，此时电桥失去平衡，电桥的输出电压衡，电桥的输出电压Uo经放大后驱动伺服电动机，再经放大后驱动伺服电动机，再由减速箱减速后带动指针顺时针偏转，同时带动由减速箱减速后带动指针顺时针偏转，同时带动RP的滑动臂移动，从而使的滑动臂移动，从而使RP阻值增大，阻值增大，R

27、c d =R3+RP也也随之增大。当随之增大。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，的平衡状态，Uo=0，于是伺服电动机停转，指针停，于是伺服电动机停转，指针停留在转角为留在转角为处。处。 由于指针及可变电阻的滑动臂同时为伺服电动机由于指针及可变电阻的滑动臂同时为伺服电动机所带动，因而，所带动，因而，RP的阻值与的阻值与 间存在着确定的对应关间存在着确定的对应关系，即系，即正比于正比于RP的阻值，而的阻值，而RP的阻值又正比于液位的阻值又正比于液位高度高度h，因此可直接从刻度盘上读得液位高度，因此可直接从刻度盘上读得液位高度h。 当油箱中的油位降低时，伺

28、服电动机反转，指针逆时当油箱中的油位降低时，伺服电动机反转，指针逆时针偏转示值减小），同时带动针偏转示值减小），同时带动RP的滑动臂移动，的滑动臂移动，使使RP阻值减小。当阻值减小。当RP阻值达到一定值时，电桥又达阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，到新的平衡状态，Uo=0，于是伺服电动机再次停转，于是伺服电动机再次停转，指针停留在与该液位相对应的转角指针停留在与该液位相对应的转角处。处。 该油量表可用于飞机油箱该油量表可用于飞机油箱2 2、本卷须知：、本卷须知： 油量表系统属于闭环系统，注意邮箱倾斜时，油油量表系统属于闭环系统，注意邮箱倾斜时，油量表示数不准量表示数不准六、电容式接近开

29、关六、电容式接近开关 1、电容式接近开关结构、电容式接近开关结构 电容式接近开关的核心是以单个极板作为检测端的电容电容式接近开关的核心是以单个极板作为检测端的电容器，检测极板设置在接近开关的最前端。测量转换电路安器，检测极板设置在接近开关的最前端。测量转换电路安装在接近开关壳体内，并用介质损耗很小的环氧树脂充填、装在接近开关壳体内，并用介质损耗很小的环氧树脂充填、灌封。灌封。 xC CU UUoUoLC振荡电路振荡电路振荡器振荡器直流直流电压电压放大放大器器被测被测物体物体检测检测极板极板工作原理工作原理 电容式接近开关的核心是以单个极板作为检测端的电电容式接近开关的核心是以单个极板作为检测端

30、的电容器，检测极板设置在接近开关的最前端。测量转换电路容器，检测极板设置在接近开关的最前端。测量转换电路安装在接近开关壳体内，并用介质损耗很小的环氧树脂充安装在接近开关壳体内，并用介质损耗很小的环氧树脂充填、灌封。填、灌封。 被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含水的物体例如饲料、人体等）缘体、含水的物体例如饲料、人体等） ；可以是接地；可以是接地的，也可以是不接地的。的，也可以是不接地的。 调节接近开关尾部的灵敏度调调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。 对金属物体而

31、言，选用电涡流接近开关，也叫对金属物体而言，选用电涡流接近开关，也叫电感接近开关电感接近开关 ；测量绝缘物体时选用电容接近开关。；测量绝缘物体时选用电容接近开关。2、电容式接近开关外形、电容式接近开关外形齐平式齐平式非齐平式非齐平式非齐平式安装时，非齐平式安装时，传感器高于安装支传感器高于安装支架，易损坏。架，易损坏。3 3、电容接近开关的规格、电容接近开关的规格输出输出方式方式NNPNPPNPAACU防爆防爆G模拟模拟O常开常开C常闭常闭S常开及常闭常开及常闭I电流输出电流输出V电压输出电压输出外接线外接线2二线二线3三线三线4四线四线C 带插座带插座工作电压工作电压范围范围A 1030V标

32、准电压范围标准电压范围B 536VC 1055V电缆长度电缆长度2m标准电缆长度标准电缆长度5m9m4 4、电容式接近开关在液位测量控制中的使用、电容式接近开关在液位测量控制中的使用电容式接近开关在物位测量控制中的使用电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示演示不同材料的非金属检测物对电容式接近开不同材料的非金属检测物对电容式接近开关动作距离的影响关动作距离的影响材料材料纯纯净净水水酒酒精精玻璃玻璃木材木材纸纸橡皮橡皮石英石英晶体晶体尼龙尼龙动作距动作距离（离（%）1008540205020 3520 3520 4020结论：电容接近开关对绝缘物体作用明显结论：电容接近开关对绝缘物体作用明显第

33、四节第四节 压力和流量的测量压力和流量的测量 一、压力的基本概念一、压力的基本概念 压力的国际单位是牛顿，简称压力的国际单位是牛顿，简称N），），在检测领域，常将压强的检测叫做压力检测在检测领域，常将压强的检测叫做压力检测 压强的国际单位为压强的国际单位为“帕斯卡帕斯卡”，简称，简称“帕帕”（Pa）。）。 除此之外，工程界长期使用许多不同的除此之外，工程界长期使用许多不同的压力计量单位。如压力计量单位。如“工程大气压工程大气压”、“标准标准大气压大气压”、“毫米汞柱毫米汞柱”，气象学中还用，气象学中还用“巴巴”（bar和和“托为压力单位。这些托为压力单位。这些单位在一些进口仪表说明书上可能还会

34、见到。单位在一些进口仪表说明书上可能还会见到。 压力又分绝对压力和相对压力。相对压压力又分绝对压力和相对压力。相对压力又分差压和表压。测量压力的传感器分为力又分差压和表压。测量压力的传感器分为绝对压力传感器、差压传感器、表压传感器。绝对压力传感器、差压传感器、表压传感器。 绝对压力传感器：它所测得的压力数值绝对压力传感器：它所测得的压力数值是相对于密封在绝对压力传感器内部的基准是相对于密封在绝对压力传感器内部的基准真空而言的。真空而言的。 差压传感器：两个压力之差。差压传感器：两个压力之差。 表压传感器：它以环境大气压为参考基表压传感器：它以环境大气压为参考基准，将差压传感器一侧向大气敞开，形

35、成表准，将差压传感器一侧向大气敞开，形成表压传感器。压传感器。二、电容式差压变送器二、电容式差压变送器1 1、外形、外形 高压侧高压侧进气口进气口低压侧低压侧进气口进气口电子线电子线路位置路位置内部不锈钢膜片的位置内部不锈钢膜片的位置各种电容式差各种电容式差压变送器外形压变送器外形 各种电容式压力变送器外形各种电容式压力变送器外形 （参考丹东长（参考丹东长隆自控有限公隆自控有限公司资料）司资料）2 2、电容式差压变送器内部结构、电容式差压变送器内部结构 1 1高压侧进气口高压侧进气口 22低压侧进气口低压侧进气口 33过滤片过滤片 44空腔空腔 55柔性不锈钢波柔性不锈钢波纹隔纹隔 离膜片离膜

36、片 66导压硅油导压硅油 7 7 凹形玻璃圆片凹形玻璃圆片 88镀金凹形电极镀金凹形电极 99弹性平膜片弹性平膜片 1010 腔腔 3 3、工作过程：、工作过程： 当两室分别承受低压当两室分别承受低压PLPL和高压和高压PHPH时，时， 硅油能硅油能 将压差传递到测量膜片，将压差传递到测量膜片，当当PH=PLPH=PL时，膜片处于中间位置，时，膜片处于中间位置，C1=C2C1=C2； 当有差压作用时，测量膜片产生形变：当有差压作用时，测量膜片产生形变： PH PLPH PL时，膜片时，膜片PLPL向弯曲，向弯曲，C1C2C1C2， PH PLPH C2C1C2； 将这种电容变化通过电路转换为电

37、压变化将这种电容变化通过电路转换为电压变化 HLPPP电容差压变送器用于测量液电容差压变送器用于测量液体的液位体的液位 投入式水位计投入式水位计四、流量的基本概念四、流量的基本概念 体积流量体积流量qV=Av，单位为，单位为m3/h或或L/s； 质量流量质量流量qm=Av，单位为，单位为t /h或或kg/s。 例：设测得流速例：设测得流速v =10m/s ，圆管道，圆管道的直径的直径r =1m，则截面积，则截面积A=0.79m2 ，流量流量qV= 7.9m3 /s 。节流式流量计及电容差压变送器在流量测量节流式流量计及电容差压变送器在流量测量中的应用中的应用 测量流量的方法很多，有流速法、容积法、测量流量的方法很多，有流速法、容积法、质量法、水槽法等。流速法中，又有叶轮式、涡质量法、水槽法等。流速法中，又有叶轮式、涡轮式、卡门涡流式又称涡街式）、热线式、多轮式、卡门涡流式又称涡街式）、热线式、多普勒式、超声式、电磁式、差压节流式等。按照普勒式、超声式、电磁式、差压节流式等。按照国家标准制造的标准节流装置的流量系数计算公国家标准制造的标准节流装置的流量系数计算公式是相当完备的，所以它是一种可靠性和标准化式是相当完备的，所以它是一种可靠性和标准化较高的流量传感器，所以在工业中大量使用差压较高的流量传感器，所以在工业中大量使用差压式流量计。式流量计。 叶轮式风流速叶轮