电容接近开关的原理与设计

1、任务五任务五 电容传感器的原理及应用电容传感器的原理及应用项目一项目一 电容接近开关的原理与设计电容接近开关的原理与设计【学习目标】（1）了解电容传感器的原理。（2）了解电容传感器的主要特性。（3）掌握电容传感器的应用。【知识准备知识准备】 电容器是电子技术的三大类无源元件(电阻、电感和电容)之一，利用电容器的原理，将非电量转换成电容量,进而实现非电量到电量的转化的器件或装置，称为电容式传感器，它实质上是一个具有可变参数的电容器。一、电容传感器的工作原理及类型一、电容传感器的工作原理及类型 平板电容器的电容量为式中 A两极板有效面积；d极距； 介电常数；r相对介电常数； 0真空的介电常数，0=

2、8.8510-12 (F/m)。0rxAACdd 图变面积型电容传感器的结构及原理此时电容 为xCCCaxCdxabCx00)1 ()(电容的相对变化量和灵敏度为0CxCaCbKxd式中 a极板的长度； b极板的宽度； x在a方向上的位移。 角位移式电容传感器原理图 图此时的电容量xC为 )1 (dAC 图同心圆桶式变面积式传感器此时的电容量 为 xC)1 ()ln()(20hxCrRxhCx2.变极距式电容传感器变极距式电容传感器图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 3弹性膜片变极距式电容的基本结构电容的相对变化量和灵敏度分别为 00CdCd0200CCAKddd差

3、动式电容的相对变化量和灵敏度分别为002CdCd020022CCAKddd差动结构的变间隙电容传感器图3.变介电常数式介质名称相对介电常数r介质名称相对介电常数r真空1玻璃釉35空气略大于1SiO238其他气体11.2云母58变压器油24干的纸24硅油23.5干的谷物35聚丙烯22.2环氧树脂310聚苯乙烯2.42.6高频陶瓷10160聚四氟乙烯2.0低频陶瓷、压电陶瓷100010000聚偏二氟乙烯35纯净的水80图变介电常数式电容传感器二、电容传感器测量电路二、电容传感器测量电路C1C2C3CxUiUo1.桥式电路 电容C1、C2、C3、Cx 构成电桥的四臂，设Cx的初始电容为C0，当电容

4、传感器没有被测量输入时，XCCCC321Cx为电容传感器,当Cx改变时，U00，有输出电压： iUCCU0041 单臂电桥电路图Cx1Cx2UiUoU/2U/2双臂电桥图21xxCC 、 为差动传感器的电容，与变压器的副边绕组形成双臂电桥。初始电容为C0，有被测量输入时21xxCC 、 差动变化，CCCxx21 。电桥失去平衡。200UCCU2.调频电路图调频电路调频振荡器的振荡频率由下式决定：LCf210图运算放大器式测量电路【项目描述与分析项目描述与分析】L2R12R222H图圆筒型电容传感器结构该圆筒型电容传感器的计算公式如下：00212LCRlnR0C0式中 未装入物料时传感器的初始电

5、容； 空气的介电常数;L为两电极的长度；R2 外电极的半径;R1为内电极的半径。当装入物料位为H时，传感器的电容量Cx为00221122()LLHCxRRlnlnRR式中 被测物体的介电常数。 由上两式可知，当被测物料位置由零增加到H时，传感器的电容变化量为0212 ()HCRlnR 1R2R显然，参，参数 、 、均为定值。 因此，圆筒型电容传感器的电容变化量与料位H是一一对应的关系,即测取传感器的电容量就可确定被测料位。【项目设计项目设计】 TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND15553261574741IN1OUT3GND2MC78T12R82KR720KR65KR510KR1330R3200100uF0.1uF0.1uFC150pFC20