34电容式传感器课件

1、电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器的测量电路电容式传感器的应用 3.4 电容式传感器电容式传感器的工作原理和结构3.4 电容式传感器一. 电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置，实质上就是一个具有可变参数的电容器。 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 式中: 电容极板间介质的介电常数，=0r，其中0为真空介电常数，r极板间介质的相对介电常数； S两平行板所覆盖的面积； d两平行板之间的距离。 一. 电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器是将被测量的变电容式传感元件的各种结构形式电容式传感元件的各种结

2、构形式 当被测参数变化使S、 d或发生变化时， 电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。 当被测参数变化使S、 d或发生变化时， 电 分类示意图： c) 介质变化型b)面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型.+a) 极距变化型;+ 分类示意图： c) 介质变化型b)面积变化型:角位移型, 1 变极距型电容传感器 当传感器的r和S为常数，初始极距为d0时，可知其初始电容量C0为 若电容器极板间距离由初始值d0缩小了d，电容量增大

3、了C，则有 1 变极距型电容传感器 若电容器极板间距离由初变极距型电容式传感器 变极距型电容式传感器 若d/d01时，1-(d/d0)21，则 此时C与d近似呈线性关系，所以变极距型电容式传感器只有在d/d0很小时，才有近似的线性关系。 另外，在d0较小时，对于同样的d变化所引起的C可以增大，从而使传感器灵敏度提高。但d0过小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料（云母、 塑料膜等）作介质, 此时电容C变为 若d/d0 Cx2 ，即d1=d0-d, d2=d0+d, 则有 在变极板距离的情况下可得 式中, d1、d2分别为Cx1、C同样， 在变面积电容传感器中， 则有

4、由此可见，差动脉宽调制电路适用于变极板距离以及变面积差动式电容传感器，并具有线性特性，且转换效率高，经过低通放大器就有较大的直流输出，调宽频率的变化对输出没有影响。 同样， 在变面积电容传感器中， 则有 由此可三. 电容式传感器的应用 1 电容式压力传感器 差动式电容压力传感器结构图 三. 电容式传感器的应用 1 电容式压力传感器 差动式电容 2 电容式加速度传感器 差动式电容加速度传感器结构图 2 电容式加速度传感器 差动式电容加速度 3 差动式电容测厚传感器 电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块面积相等， 与带材距离相等的极板，这

5、样极板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极， 而带材就是电容的另一个极，其总电容为C1 + C2 ，如果带材的厚度发生变化， 将引起电容量的变化， 用交流电桥将电容的变化测出来， 经过放大即可由电表指示测量结果。 3 差动式电容测厚传感器 差动式电容测厚传感器的测量原理框图如图4-19所示。音频信号发生器产生的音频信号，接入变压器T的原边线圈，变压器副边的两个线圈作为测量电桥的两臂，电桥的另外两桥臂由标准电容C0和带材与极板形成的被测电容Cx(Cx=C1+C2)组成。 电桥的输出电压经放大器放大后整流为直流，再经差动放大， 即可用指示电表指示出带材厚度的变化。

6、 差动式电容测厚传感器的测量原理框图如图4-* 交流电桥电路VZ1Z2Z3Z4V 将电容传感器接入电桥的一个臂，不平衡电桥输出： 为使桥路平衡，在四个桥臂上必须接入两个电容（一个单极电容传感器和一个固定电容，或接入差动电容传感器）。另外两个桥臂接入其他阻抗元件，如：两个电阻、两个电感或是两个电容。* 交流电桥电路VZ1Z2Z3Z4V 差动式电容测厚仪系统组成框图 差动式电容测厚仪系统组成框图 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

7、员的胸部和头部。 装有传感器的假人气囊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汽车气囊的保护作用 使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气。 汽车气囊的保护作用 使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞汽车气囊对驾驶员的保护作用汽车气囊对驾驶员的保护作用利用加速度传感器实现 延时起爆的钻地炸弹传感器安装位置利用加速度传感器实现 延时起爆的钻地炸弹传感器安装位置带报警器的家庭使用型湿度计湿敏电容传感器的使用带报警器的家庭使用型湿度计湿敏电容传感器的使用电容式油量表 机械式油量表： 在油箱内，装有类似卫生间水箱里的浮球，通过杠杆带动电阻丝式圆盘电位器，由电流表指示出油量。电容式油量表 机械式油量表： 在油箱内，装有类似卫生间 当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处。当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（x 处）。 当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处