电容式接近开关

山西冶金高级技工学校 教案（首页）课 题电容式接近开光授课班级授课时间2015-6-5学习目标电容式接近开光的结构及其原理。电容式接近开光主要技术指标。电容式接近开光的等效电路。学习重难点电容式接近开光主要技术指标教学准备教学课件教学内容纲要教学方法、电容式接近开光的原理这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人体等）；可以是接地的，也可以是不接地的。调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。，电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很像“打开的”电容电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。当一个目标朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加。通过后极电路的处理，将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测到金属物体，也能检测到非金属物体，对金属物体可获得最大的动力作距离，对非金属物体动介电电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很像“打开的”电容电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。当一个目标朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加。通过后极电路的处理，将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测到金属物体，也能检测到非金属物体，对金属物体可获得最大的动力作距离，对非金属物体动介电教学方法教学内容纲要教学方法教学内容纲要教学方法基本工作原理平行板电容器8S££SC= = —r—5 5£0--真空的介电常数；£= 1 （F/cm）=1（PF/cm）；04兀x9x1011 3.6兀£-电容极板间介质的介电常数；£--介质的相对介电常数，对于空气，£=1r r单位：1法拉（F）=106微法（MF）=1012皮法（PF）或微微法（卩卩F）变面积型电容式传感器小 £S £abC=——= 0 5 5C=£S=乙“=C-£b•山5 5 0 5AC=C-C=£b•Ax0 5灵敏度：KT=AC=£b［（与a的大小无关）Ax51问题：极板间距5能否很小？不能变介质介电常数型电容式传感器（1）电容式液面计（液位传感器）片一待测液面咼度n/{丄亠^/|_|教学方法教学方法教学内容纲要2兀h£ 2兀(h—h)£1~iF 12—2兀h£ 2兀(h—h)£1~iF 12—lnfR]Ir丿—A+Kh—f(h)i 八iln[RIIr丿2jche(RIn2k(£—£RVln2_2 122(R1(R1lnln1r丿Ir丿结论：传感器的电容量C与液位高度h成正比。（2）测湿（测厚）传感器待测体（2）测湿（测厚）传感器待测体C1C1C2£S£S1- 2 TOC\o"1-5"\h\zCCC8—dd SC+C£S£S8—dd\o"CurrentDocument"12——+-^ +—8—dd£ £12结论：①若d不变，C—g（£），为介电常2数8的测试传感器，如湿度传感器（粮食、纺织品，木材等）；②若£不变，C—h（d），可用来测2量纸张、绝缘薄膜等厚度的测厚传感器。4.变极板间距型电容式传感器

初始电容：C0辛假若动极板上移ASc_^^_es_c_s—as si as 0 as—1——S S若等<<1，上式可按级数展开S“as(aS)“as(aS)+"T+(aS)3+・・・AC二C—C二C00AST+AS)

丁丿电容量的相电容量的相AC_AS01AC_AS01AS1+百+AS)

百丿2+・・・同理:若动极板下移ASeS _eeS _eSs+as s—c^iAS_CoAS1+1+-S SAC_AS

C_T0(aS)略去高次项ACAS沁——CS0灵敏度为KT=A略去高次项ACAS沁——CS0灵敏度为KT=AC-(近似线性关系)sSS2PC(AC)Ic0丿(C丿10实际0理想(AC)〔c0丿'0/理想AS)2r=aSs21非线性误差为S丿aSTX100%=ASX100%动极板动极板结论：欲提高灵敏度，应减少起始间隙5,但受电容器击穿电压的限制；为了保证一定的线性度，即减小非线性误差，应限制动极板的相对位量。为了改善非线性，应采用差动式结构。5•差动式电容传感器假若动极板上移:“A5(A5“A5(A5)+"T+3+・・1A51-^+A5)〒丿竺丫+・・3+2|3+2|A5Y+…AC二C1A5)百丿

A5)丁丿

4+・・・AC小A5忽略高次项,沁2—-忽略高次项,C50TOC\o"1-5"\h\zAC 2eS\o"CurrentDocument"灵敏度为 K= =-A5 52非线性误差为(AC'(AC]<c0丿(C、丿1'0/实际'0"理想1(AC]<c0丿1'0z理想2r=<5丿(100%=x100%结论:差动式电容传感器比单一电容传感器灵敏度提高一倍，而且非线性误差大大降低。

3.2电容式传感器的等效电路1.等效电路Rp并联损耗电阻包括了电极间直流漏电阻和气隙中介质损耗；Rs—串联损耗电阻包括引线电阻、金属接线柱电阻和电容极板电