第4章电容式传感器

1、第四章第四章 电容式传感器电容式传感器新乡学院机电工程学院新乡学院机电工程学院第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器电容式接近开关电容式接近开关电容式指纹传感器电容式指纹传感器电容式变送器电容式变送器差压传感器各种电容式传感器示例各种电容式传感器示例第四章第四章 电容式传感器电容式传感器各种电容式传感器示例各种电容式传感器示例飞机油量检测飞机油量检测炸弹炸弹延时延时起爆起爆电容电容式加式加速度速度传感传感器器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器各种电容式传感器示例各种电容式传感器示例传感传感单元单元电子单元电子单元硅微电容硅微电容传感器器传感器器第四章第

2、四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器d0rSSCdd第四章第四章 电容式传感器电容式传感器0rSSCdd第四章第四章 电容式传感器电容式传感器，0 0 SCd0rSCd0 ，0(1/ )CC C第四章第四章 电容式传感器电容式传感器0 x ，0abCd0 x ，00()1xb axbCCxddxCaxCx第四章第四章 电容式传感器电容式传感器0(1/)CC 01xxCCa0CK 0CKa 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器10002DDlnLC

3、000121lnxLxxCCDLD D1D0Lx第四章第四章 电容式传感器电容式传感器变介质型传感器变介质型传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器1222122lnlnhhhCRRrr112122ln;hCRhRrhhr、是 同 心 圆 的 半 径12CCC第四章第四章 电容式传感器电容式传感器121211122122lnln22lnlnCCChhhRRrrhhRRrr22lnhARr122lnKRr1CAK h第四章第四章 电容式传感器电容式传感器解：解：pFmmpFrrHC46.415ln2.1)/85.8(2ln2120minpFpFrrHCr

4、07.872.146.41ln2120maxLmmHdV6.2352.14)5.0(422LpFLpFpFVCCK/19.06.23546.4107.87minmax第四章第四章 电容式传感器电容式传感器010101103.6CCSCCCdd001101;SSCCdd第四章第四章 电容式传感器电容式传感器0rssCdd 00sCd初始电容初始电容0ddd0CCC 当当 减小减小 时时 电容电容 C C 增加增加 dC0dddC0d d0 0d dCCC0第四章第四章 电容式传感器电容式传感器01d d23000001()()CddddCdddd0001ddCdCd0001CsCdddd00sC

5、d第四章第四章 电容式传感器电容式传感器00CdCd01.0dd0200CCSKdddv 传感器灵敏度传感器灵敏度0*100%ddv 非线性误差非线性误差第四章第四章 电容式传感器电容式传感器00sCd0200CCSKdddv 传感器灵敏度传感器灵敏度0*100%ddv 非线性误差非线性误差第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器1020;SCddSCdd 上下两部分的初始电容：上下两部分的初始电容：00SCd上移上移 后后：d23100001dddCCddd23200001dddCCddd展开：展开：第四章第四章 电容式传感器电容式传感器12300022C

6、CCddCdd002CdCd320001 0 0 %dddddd第四章第四章 电容式传感器电容式传感器002CdCd320001 0 0 %dddddd第四章第四章 电容式传感器电容式传感器变极距变极距( (）型）型: (a): (a)、(e) (e) 变面积型变面积型(S)(S)型型: (b): (b)、(c)(c)、(d)(d)、(f)(f)、(g) (g) （h h） 变介电常数变介电常数( () )型型: : （i i）(l) (l) 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器例例 已知：平板电容传感器极板间介质为空气，极板已知：平板电容传感器极板间介质为空气，极板面积面积S= =S= =

7、（ ）cmcm2 2 ，间隙，间隙d d0 0=0.1mm=0.1mm。求电容初始。求电容初始电容值；若由预装配关系，两极板间不平行，一侧间电容值；若由预装配关系，两极板间不平行，一侧间隙为隙为d d0 0，而另一侧间隙为，而另一侧间隙为d d0 0+b+b（b=0.01mmb=0.01mm）。求此时）。求此时传感器电容值。传感器电容值。aa22第四章第四章 电容式传感器电容式传感器解：初始电容值如图所示，两极板不平行时电容值 pFdSdScr37.3501. 06 . 32200pFIndbInbaxabddxabdbaaxabdadxcrarar7 .33) 11 . 001. 0(001

8、. 06 . 322) 1()(0200000第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器电容式传感器的等效阻抗为：电容式传感器的等效阻抗为：222222211PPCSPPRRCZRjLRCRC激励电源角频率激励电源角频率第四章第四章 电容式传感器电容式传感器222222211PPCSPPRRCZRjLRCRCR RS S很小，很小，R RP P很大很大, ,均可忽略。电路的等效容抗为均可忽略。电路的等效容抗为：222EE2200111111/122jLCLCj Ljj Cj Cj CCCCCLCffffLC式中：；E22E

9、0EE01111/1132CCCCLCCCfffCCfCC相对变化量为相对变化量为：激励电源频率激励电源频率电路谐电路谐振频率振频率第四章第四章 电容式传感器电容式传感器E22E0EE01111/11,32CCCCLCCCfffCCfCC一般情况下电容的相对变化量为电容的相对变化量为：第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 电容式传感器的电容非常小（电容式传感器的电容非常小（pFpF）级的，需要用专）级的，需要用专门的电路进行转换，成比例地将它变成电压、电流或频门的电路进行转换，成比例地将它变成电压、电流或频率信号供给或远传给后续装置显示、记录及运算等。率信号供给或远传给后续装置显示、记录及运

10、算等。第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器初始阻抗设计成：初始阻抗设计成：1423ZZZZ31SC1234ZEUZ+ZZZZZZS C1112122311242ZZE =EU111ZZZZZZZZZZZZ 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器令：令：为传感器阻抗相对变化为传感器阻抗相对变化量量1Z,Z12A,ZZ为测量电桥的桥臂比为测量电桥的桥臂比1A2K221A112ZZZZ为桥臂系数为桥臂系数S C1122212ZEU11ZZZAEK EAZZ 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器1ZZ阻抗、电容及位移等的相对变化阻抗、电容及位移等的相对变化量之

11、间有量之间有：111ZCdZCd桥臂比桥臂比A A、桥臂系数桥臂系数K K以及交流激励以及交流激励电源都是复数：电源都是复数：121122jjjZeZAaeZZe12ZaZ11 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器jAae12ZaZ11 AK( , )21Ajkef ak和12K( ,)12cosakfaaa2122(1) sinarctan(,)2(1) cosafaaa第四章第四章 电容式传感器电容式传感器2K12 cosakaaS CUK EKjke12ZaZ11 1a 12ZZ第四章第四章 电容式传感器电容式传感器212(1)sinarctan2(1)cosaaaS CUK EKjk

12、e12ZaZ11 01a 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器2K12 cosakaaS CUK EKjke12ZaZ11 212(1)sinarctan2(1)cosaaa1,0a0.25,0kS C0 .2 5UE第四章第四章 电容式传感器电容式传感器2K12 cosakaaS CUK EKjke12ZaZ11 212(1)sinarctan2(1)cosaaa1,0a0.25,0kS C0 .2 5UE第四章第四章 电容式传感器电容式传感器2K12 cosakaaS CUK EKjke12ZaZ11 212(1)sinarctan2(1)cosaaa1,90a0.5,0kS C0 .5

13、UE第四章第四章 电容式传感器电容式传感器2K12 cosakaaSCUKEKjke12ZaZ11 212(1)sinarctan2(1)cosaaa1,90a0.5,0kS C2 * 0 . 5UEE第四章第四章 电容式传感器电容式传感器交流电桥的多种形式交流电桥的多种形式第四章第四章 电容式传感器电容式传感器R2D1D2ABR1C1C2USCMUrN+-+QQRS双稳态双稳态触发器触发器A2A1P第四章第四章 电容式传感器电容式传感器BA高低11RC 通过向充电MU电位上升MUUsrU当时，为高NRUUrU， 为低BA低高第四章第四章 电容式传感器电容式传感器当当C C1 1=C=C2 2

14、时时当当C C1 1CC2 2时时第四章第四章 电容式传感器电容式传感器当当C C1 1=C=C2 2时时当当C C1 1CC2 2时时SCUAB=U -U11122112 APBPTUUTTTUUTT1111122211ln;ln rrUUTRCTR CUUUU第四章第四章 电容式传感器电容式传感器12SC112U CCUCC=第四章第四章 电容式传感器电容式传感器12SC112U CCUCC=SC10U dUd第四章第四章 电容式传感器电容式传感器12SC112U CCUCC=第四章第四章 电容式传感器电容式传感器CxC0EUSCI0IxI000 xSCxxIEj CIUj CII 0 S

15、CxCUEC 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器CxC0EUSCI0IxI0 SCxCUEC xSCd0 SCC dUES 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器0 SCC dUES CxC0EUSCI0IxI0112scC dUES X00=CC第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 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第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 PLPH第四章第四章 电容式传感器电容式

16、传感器 dxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 dxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA000;ALLAALAC CCCC CCCCC00AHAC CCCC第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 Rbadbd0实线为球冠型固定实线为球冠型固定电极电极002lnbdCRdLHLHLHAPPkPPbaalnTbaalnPPTC1144222222第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 00;ALAC CCCC00AHAC CCCC002lnbdCRd1AHLCkPP121112LHSCLHCCCCUUUCCCC0011SCHL

17、ACCUUUPPCkAHLHLAAHLAAAAAAHLCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC020220202200000 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 a)a)测振幅测振幅 b) b)测轴回转精度和轴心偏摆测轴回转精度和轴心偏摆0 SCC dUES 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 2lnxxhCDdDd0 0hx第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 Dd检测电路检测电路测定电极测定电极储罐储罐0 01 1hx10lnxxkhCDd（）第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 第四章第四章 电容式传感器电容式传感器 西门子推出的西门子推出的“ID MouseID Mouse” ” 鼠标。鼠标上端安有指尖传感鼠标。鼠标上端安有指尖传感器，一旦指纹被识别，使用者器，一旦指纹被识别，使用者就可