自动检测技术第五章

第五章电容传感器

本章学习电容传感器的原理及应用，还涉及压力、液位及流量的测量方法。第五章电容传感器第三节电容传感器的应用第二节电容传感器测量转换电路第一节工作原理及结构形式第四节压力和流量的测量第五章电容传感器第三节电容传感器的应用第二节电容传感器测量转换电路第一节工作原理及结构形式第四节压力和流量的测量第一节工作原理及结构形式电容传感器的公式为

——两极板相互遮盖的有效面积

——两极板间的距离，也叫极距

——两极板间介质的介电常数

——真空介电常数(ε0=8.85×10-12F/m)

——两极板间介质的相对介电常数第一节工作原理及结构形式

改变A、d、

三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C改变。固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。

第一节工作原理及结构形式

一、变面积式电容传感器一、变面积式电容传感器

图示为平面变面积型电容传感器原理结构示意图。当动极板相对于定极板沿长度方向平移Δx时，则电容变化为变面积型电容传感器原理图

结论：变面积型电容传感器的输出特点为线性。即边长b↑或间隙d↓＝＞K↑

一、变面积式电容传感器

图示为柱面变面积型电容传感器原理结构示意图。电容为当中心动极从中心向上移动Δx时当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。第一节工作原理及结构形式二、变极距式电容传感器变极距型电容式传感器仅在Δd/d较小时呈近似线性关系。按线性关系处理，必然带来一定的非线性误差。a）结构示意图b）电容量与极板距离的关系1—定极板2—动极板变极距式电容传感器的特性曲线灵敏度及非线性情况分析因Δdd0，有(Δd/d0)＜1，上式按泰勒级数展开：其相对非线性误差：

由上式可见，输出电容的相对变化量ΔC/C0与输入位移Δd之间成非线性关系，当|Δd/d0|<<1时可略去高次项，得到近似的线性关系：灵敏度为：

即：单位输入位移所引起的输出电容相对变化的大小与d0呈反比关系。分析影响非线性误差和灵敏度的因素。

在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。差动平板式电容传感器结构图相对非线性误差：灵敏度：近似线性关系：对这两个输出特性作一简单的比较即可发现，差动电容传感器的非线性因子要比变极距型电容式传感器的非线性因子小得多，做近似性线性处理后，差动电容传感器的非线性误差自然也要小得多。结论：采用差动结构，灵敏度提高了一倍，非线性误差减少了一个数量级。当电浮容式构传感孔器中留的电熊介质萄改变填时，挠其介排电常仿数变著化，遍从而藏引起胀了电厨容量糕发生界变化朱。此塘类传临感器板的结拜构形乓式有兴很多告种，鸦图为称介质桐面积仅变化箭的电勒容式昏传感晒器。婚这种建传感袭器可谅用来夏测量高物位堵或液宋位，哑也可摧测量尸位移雄。介质戚面积歪变化趁的电相容式名传感争器三、捞变介质肤型电眠容式福传感孤器C=CA+CB当无ε2介质胶时电嫌容量良为当插爱入ε2介质伸时，即：畏电容衔量C与位稼移x呈线滚性关讯系表5-棒1几种堤介质赤的相裳对介搂电常现数因为补各种判介质李的相桐对介委电常屠数不怒同，送所以剑在电泛容器成两极据板间眉插入墙不同令介质狡时，耽电容珠器的真电容衰量也移就不邀同。根据意表5-士1，分转析不去同介考质对蹄变介撒电常门数电班容器暗的影软响。匀在电页容器柜两极秒板间捕插入搏干的辫纸和斑潮湿瓣的纸械时，凝哪一惑种情素况下前的电志容量狸大？程可以逃用于弓测量瞒什么考非电音量？变介芽电常溉数式籍电容纳传感搭器的冻用途第五收章云电字容传吉感器第三茧节剑电辛容传证感器弃的应递用第二袍节走电闻容传贿感器密测量金转换铜电路第一拐节距工争作原管理及落结构炒形式第四罩节迁压准力和恐流量学的测圈量第二葛节谋电勾容传策感器童测量乱转换续电路一、硬变压撒器电筝桥电容构式传朱感器估所用当的变尝压器琴电桥态图所仅示。兰当负蚕载阻烘抗为包无穷仇大时咸，电是桥的呼输出彼电压况为式中隶，C1、C2为差哄动电显容式腰传感出器的疑电容仔量。去设C1、C2为变言间隙欲式电供容传购感器京，则迎有结论没：变草间隙解式差兆动电柴容传美感器傅采用笔变压卧器电挣桥测伸量电路浓，输捐出电蔑压与穗位移系呈线虾性关阳系。第二孤节嘱电急容传竿感器折测量饭转换爱电路二、踏调频婆电路调频电路将电容式传感器作为LC振荡器谐振回路的一部分，当电容传感器工作时，电容C

发生变化，就使振荡器的频率

产生相应的变化。调频绳（FM）电路第五渣章散电眼容传破感器第三储节腾电电容传骑感器防的应艺用第二度节极电历容传丢感器疲测量东转换椅电路第一客节修工提作原泳理及除结构殃形式第四民节煎压缘瑞力和纱流量加的测去量电容毅器的另容量拘受三舱个因择素影匠响，粒即：旧极距d、相栽对面醋积A和极榨间介裙电常允数。固素定其厦中两服个变疤量僻，电众容量C就是煎另一盗个变偷量的升一元悉函数极。只露要想速办法立将被贪测非旁电量罢转换物成极协距或相者面宣积、藏介电尤常数劣的变碌化，绩就可妥以通耕过测团量电夹容量尿这个典电参街数来欢达到泛非电后量电描测的紧目的勿。第三柔节佳电生容传欢感器弱的应隔用棒状逼电极税（金介属管葬）外拼面包兆裹聚左四氟径乙烯垂套管舞，当宫被测桶液体欠的液笔面上约升时策，引把起棒观状电英极与颤导电摩液体与之间保的电托容变不大。聚四战氟乙富烯外怒套一、通电容侮式液伏位计一、蹈电容里式液寺位计超限封灯正常往工作予指示疮灯设定侧按钮电源馒指示搂灯智能见化液穴位限茅位传价感器薯的设棉定按赖钮利用光具有俩很大奖吸湿验性的欺绝缘件材料尚作为远电容越传感另器的字介质弟，在接其两绝侧面弟镀上帆多孔哨性电暮极。网当相坛对湿仁度增罗大时谦，吸栽湿性帆介质艇吸收吼空气首中的绵水蒸畏气，葵使两须块电说极之奔间的许介质朗相对柄介电礼常数仗大为孤增加和（水前的相余对介驶电常西数为80），幅所以俭电容睡量增尤大。二、眨湿敏垄电容湿敏练电容外形吸水霸高分浮子薄价膜湿敏锄电容帐模块此及传敬感器给外形湿敏污电容近传感浇器的监安装辅使用在野舟外的装使用带报警涂器的垮家庭靠使用扒型三、窑电容红式油锄量表四、躲电容遣式接识近开就关电容先式接趋近开抱关的坚感应蛾由两陡个同与轴金湾属电浅极构描成，鄙很像餐“打菜开的口”电潮容器纠电极储，该游两个霜电极柿构成佩一个驻电容凑，串雕联在RC振荡度回路赖内。电源庆接通猴时，RC振荡宫器不中振荡唉，当传一个践目标初朝着抓电容共器的曲电极芬靠近坊时，剂电容煮器的屯容量具增加盗，使服振荡补器开士始振愿荡，尤从而要起到越了检岛测有蚁无物体体存守在的页目的树。该蔽传感驻器能揉检测普金属异物体驴，也径能检垃测非疫金属掘物体奔，对或金属凤物体域可以织获得趟最大霜的动勒作距傲离，塘对非拆金属绝物体凭动作证距离裕决定餐于材田料的坐介电苹系数绢越大室，可让获得只的动袜作距苏离越掌大。电容劫式接算近开问关在糠物位浸测量名控制侵中的荐使用塘演示五、砖电容怪式加即速度扮传感挖器六、苏电容桶测厚宰仪七、片电容内式压绒力传固感器第五驼章腥电锯容传御感器第三蜂节寒电壮容传变感器奋的应楼用第二时节覆电于容传夺感器辫测量漆转换稳电路第一蛾节前工脉作原曲理及茄结构价形式第四励节芦压绝力和颗流量狠的测浩量一、渐压力迟的基监本概散念压力惩的国胜际单臂位为植“帕赌斯卡先”，犁简称恶“帕鉴”（Pa）。除此阵之外修，工坐程界嗽长期蒜使用糊许多特不同法的压昏力计样量单刚位。季如“燃工程旧大气继压”壮、“谊标准丘大气丸压”皆、“皱毫米染汞柱竿”。第四宵节土压菌力和档流量亭的测河量高压路侧进晨气口低压沉侧进竞气口电子知线路允位置内部枕不锈毯钢膜赢片的企位置二、穴电容疮式差仓压变死送器电容申式差哭压变苍送器休内部角结构1—高压前侧进枝气口2—低压迎侧进肉气口3—过滤呢片4—空腔5—柔性澡不锈菌钢波寨纹良隔离习膜片6—导压辱硅油7—凹形孟玻璃且圆片8—镀金旅凹形炒电极9—弹性轻平膜绒片10溉—腔各种译电容举式差池压变遗送器帅外形各种滩电容宵式压谦力变塌送器裂外形页（续舒）各种例电容吹式压托力变匠送器袍外形奏（续臭）差压拆变送筹器施加谅在高霸压侧乒腔体梦内的朴压力芒与液仓位成乳正比告：p=g诞h三、遣利用令电容被差压顾变送痛器测淘量液旅体的争液位例：册设测指得流找速v=1币0m始/s，圆管陈道的民直径r=1盟m，则截步面积A=0鹊.7乳9m2，流量qV=银7.方9m3/s。体积矮流量qV=Av，单退位为m3/h或L/单s；质量注流量qm=Av，单嚼位为t步/h或kg拔/s。四、逗流量田的基继本概冰念五、够节流虚式流紧量计铜及电勒容差牲压变词送器捷在流蹦量测季量中猜的应猪用差压冲节流柴式流焰量计所谓节流议装置，就乎是在晴管道竿中段有设置铃一个塔流通惠面积轿比管软道狭佩窄的悠孔板荷或者轮文丘终里喷角嘴，鼻使流长体经难过该馆节流欢装置维时，醒流束堪局部宜收缩捡，流该速提持高，渴压强聋减小腥。差压授式流貌量计污基于烛流体肉在通纽奉过设痕置于数流通法管道凯上的流动岗阻力熔件时产肉生的压力块差与流体梯流量之间凭的确鸭定关况系，镜通过杨测量杨差压并值求宇得流隔体流洽量。五、五节流铅式流破量计财及电康容差骡压变驰送