第三章 电容式

第三章电容式传感器电容元件非电量电容量变化

1920~1925电容传感器用于测量

70~80年代，应用广泛集成电容传感器1§3-1电容式传感器的原理和结构一、基本工作原理C——电容量，单位：F法拉——真空介电常数——极板间介质的相对介电常数A——极板的有效面积（m2）——两平行极板间的距离（m）1、平板电容器23二、变间隙型电容传感器极板上移：1、基本特性4讨论：（1）略去高次项5（2）考虑二次项2、有介电层的变间隙型电容传感器63、差动式变间隙型电容传感器动极板上移：初始位置时，7提高一倍减小略去高次项：8三、变面积型电容传感器差动结构变面积型板状线位移变面积型角位移变面积型筒状线位移变面积型结构型式1、板状线位移变面积型线性9线性线性3、筒状线位移变面积型2、角位移变面积型104、差动结构变面积型①扇形平板结构②柱面型结构11四、变介质型电容传感器例:12例电容式液位传感器线性13§3-2电容式传感器的测量电路电容式传感器测量电路被测非电量U、I、f电容直放式外差式普通交流电桥耦合电感电桥变压器电桥双T二极管交流电桥交流电桥电路运算放大器式电路调频电路调幅电路调宽电路14一、调频电路振荡回路固有电容引线分布电容传感器电容1、直放式：15被测信号调频信号鉴频信号调频电路的优点：抗干扰能力强特性稳定高电平直流信号易于接口16二、双T二极管交流电桥17三、运算放大器式电路18变间隙型电容传感器：线性关系结论：输出电压与动极板的位移d（即极间距离）成线性关系，相位与电源电压相反。19四、脉冲宽度调制电路跳变触发器翻转跳变触发器翻转SR20tuAuBuABUCUrUrU1-U100000U1U1T1T2ttttUDuB21uAuBuABUCUDUrUr-U1U1T100000T2U1U1ttttt返回2223变间隙型差动电容传感器：变面积型差动电容传感器：24例1电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用§3-3电容式传感器的应用2526电容式传感器测钢带厚度27例2电容式称重传感器28例3电容式压力传感器单只变间隙型差动式2930例4电容式料位传感器31例5电容式加速度传感器惯性原理32例6

电容式接近开关电容式接近开关在液位测量控制中的使用33电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示347、电容式转速传感器358、电容式键盘常规的键盘有机械按键和电容按键两种。电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小。369、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。3738电容式传声器（Microphone）电容传声器核心是平板电容器，振动膜片是一片表面经过金属化处理的轻质弹性薄膜，当膜片随着声波的压力的大小产生振动时，膜片与后极板之间的相对距离发生变化，膜片与极板所构成电容器的量就发生变化。极板上的电荷随之变化，电路中的电流也相应变化，负载电阻上也就有相应的电压输出，从而完成了声音信号与电信号的转换。39电容式传声器（Microphone）40小结变电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种传感器。只要固定平行板电容器3个参量d、A、ε

中的两个，只要另外一个参数改变，则电容量就将产生变化，所以电容式传感器可以分成3种类型：变面积式、变间隙式与变介电常数式。电容传感器的电容值一般十分微小，几乎都在几皮法至几十皮法之间,因而输出必须借助于一些测量电路，将微小的电容值成比例地转换为电压、电流或频率信号。41一变间隙式平板电容传感器，其极板直径D=8mm，极板间初始间距d0=1mm.，极板间介质为空气，其介电常数ε0=8.85×10-12F/m。试求：（1）初始电容C0；（2）当传感器工作时，间隙减小d=10µm，则其电容量变化C＝？（3）如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF，则在d=±1µm时的输出电压U0。423、简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作