电容式传感器 课件

1、电容传感器，1，电容传感器介绍2，电容传感器分类和工作原理3，电容选择4，放大电路，1，电容传感器介绍，电容传感器是将测试的非功率变化转换为电容变化的传感器。电容式传感器具有高灵敏度、良好的稳定性、简单的结构、长寿命和非接触测量，适用于高湿、高尘、超低温等恶劣环境下的长期使用，广泛应用于压力、差压、液压、振动、加速度、成分含量等。第二，电容式传感器分类和工作原理，分类：工作方式分类1。变极电容式传感器2。可变面积电容式传感器3。可变介电常数容量传感器、1可变极容量传感器、S 极板相对范围；D 板之间的距离；r 3354相对遗传常数；0真空介电常数； 电容器板之间介质的介电常数。固定板a，活动板

2、b，其中两个参数保持不变，只需更换其中一个参数，就可以将这个参数的变化转换为电能的变化，测量电路，转换为电能输出。固定板a、活动板b、初始容量：极距减小d、非线性关系、d/d1的常识简化为：以最大位移必须小于间距的1/10的差分方法提高非线性、两个极之间的有效作用区域和介质保持不变的情况下基于极距d的功率容量结论，极变容量传感器可实现动态非接触测量，动态响应特性好，灵敏度和精度很高，适用于小位移(1 nm 1 m)的精度测量。但是，传感器具有理论非线性错误，线路杂散电容(如电缆电容、分布电容等)的影响显着，为了改善这种问题，需要一起使用的电子电路与复杂极坐标变化电容传感器的灵敏度和极距的平方成

3、正比，最小距离更高。但是太小，电容器可能损坏或短路。为此，可以在板间使用高介电常数的材料(云母、塑料薄膜等)作为介质。原则非线性，必须改正。2可变面积电容传感器、面积变化容量传感器在工作时保持极距、介质等不变，测量的变化改变了有效工作区域。可变区域电容式传感器的两个极点之一是固定不变的，称为固定板，另一个称为可移动板。区域变化电容传感器原理，量化移动板相对于长度方向上固定板的容量变化C和x的线性关系，固定板a，活动板b，板位移容量传感器，两个相同板的长度b，宽度a，板之间的距离d，如果板移动x，电容Cx也将发生变化。电容的相对变化和灵敏度包括圆柱线位移传感器、角度位移形式的电容传感器、移动板有

4、角度位移时两个板的相对面积a也发生了变化，这时感应过程、电容与角度位移呈线性关系。灵敏度是可变区域电容传感器的输出是线性的，灵敏度k是常数。3可变介电率电容传感器，L=0时传感器的初始电容，如果正在测量的电介质进入面板间L深度，则电容相对变化为：电容变化量与介质移动量l具有线性关系，结论，介质变化型容量传感器的极距，有效作用面积保持不变，测量的变化改变了这些板之间的介质状况。主要用于测量两个平板之间介质的特定参数的变化，如介质厚度、介质湿度、液位等。传感器的灵敏度是常数，电容c理论上是与液位h线性构成的，如果测量传感器电容c的大小，就可以得到电平h。，第三，电容器选择，典型电容器材料：云母电容

5、器：将银层撒在金属箔或云母板上，形成电极板，将板材和云母层堆积一层，然后将其压铸到胶粉或环氧树脂上。其特点是介电损耗小，绝缘电阻大，温度系数小，适用于高频电路。陶瓷电容器：用陶瓷制作介质，在陶瓷基体两侧喷射银层，然后烘烤银色薄膜，使其成为极板。其特点是体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适用于高频电路。铁电陶瓷电容器：容量更大，但适用于低频电路的损耗和温度系数更大。薄膜电容器：结构和纸张介质电容器相同，介质为涤纶或聚苯乙烯。适用于聚膜电容器，介电常数高，尺寸小，容量大，稳定性好，旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容具有低介电损耗，高绝缘电阻，但温度系数大，可用于高频电路。在将22、4电容传感

6、器的转换电路、电容传感器测量的变化转换为电容的变化后，应进一步将后端转换电路中电容的变化转换为电压、电流或频率的变化。23，转换电路的组件，1。交流桥2。调频电路3 .运算放大器4。脉宽调制电路5。将二极管双t型交流电桥、24、交流电桥、电容传感器的两个电容转换为交流电桥的两个电桥臂，通过电桥将电容的变化转换为电桥输出电压的变化。网桥通常使用由电感-电容、电感-电容组成的交流电桥。25，分析，变压器两个二次绕组L1，L2和差动电容传感器两个电容C1，作为桥上的四个桥臂，C2由高频稳定交流电源为桥供电。网桥的输出是幅度调制值，获得与放大、相位检测、过滤后测量的更改相对应的输出，最后显示仪表的记录

7、。26、传感器访问调频电路、调频振荡器的LC谐振网络，测量的变化引起传感器电容的变化，引起振荡器谐振频率的变化。频率变化通过鉴频器转换为电压，通过放大器放大输出。27、调频电路的特点、测量电路的灵敏度很高、可测量的0.01m的位移变化量、抗干扰能力强(加入混频器后更强)、缺点是电缆电容、温度变化的影响大，输出电压U0和测量对象之间的非线性一般由电路校正，电路更复杂。28，运算放大电路，极变化容量传感器的电容和极之间的关系是反比的，传感器原则上是非线性的。利用运算放大器进行逆比例运算，可以使转换电路的输出电压和极点之间的关系线性，从而大大减少整个测试装置的非线性误差。特征：表达式电路的原理比较简

8、单，灵敏度和准确度最高。但是，消除电缆电容的影响通常需要“驱动器电缆”技术。电路更加复杂，难以调整。Cx是传感器电容。c是固定电容。u0是输出电压信号，如运算放大器工作原理所示，是运算放大器电路图。其中，“负号”表示输出电压的相位与电源电压相反。上述说明包括：d与线性关系、30、脉宽调制电路、脉冲宽度调制电路、脉冲宽度调制电路(PWM)是利用传感器的电容进行充电放电，使电路输出脉冲的占空比随电容传感器的功率容量变化而变化，然后通过低通滤波器获得与测量变化相对应的直流信号。31，32，能得到特性，线性输出；双稳输出信号通常是100kHz到1MHz的矩形波，因此，即使没有调制解调器，直流输出也可以

9、简单地通过过滤器发出。也就是说，可以获得直流输出。电路使用高可靠性直流电源，比其他测量线路需要高可靠性的稳定频率、稳定交流电源更容易执行。如果将双稳态触发器q端的电压信号发送到计算机的定时、计数销，则可以使用软件测量占空比q，从而计算 c的值。这种直接使用数字处理的方法不受电源电压波动、33、二极管双t型交流电桥、二极管双t型交流电桥电路图的影响。e是振幅Ui的对称方波，VD1，VD2具有相同特性的两个二极管，R1=R2=R，C1，C2是高频电源，提供传感器的两个差动电容。34、应用电容式传感器，电容式传感器不仅用于精密测量位移、振动、角度、加速度和载荷等机械量，还广泛用于压力、差压、水平、材

10、料水平、湿度、成分含量等参数测量。35，1。电容式近接开关2。电容式油量计3。电容式差压传感器4。电容式测厚仪，36，电容式接近开关，1-板检测2-充电树脂3-测量转换电路4-塑料外壳5-灵敏度调节电位下6-活动指示灯7-信号线，37，操作过程(1)，开关附近最前面设置检测板，测量如果物体不接近探测极，则探测板和地球之间的电量c非常小，与电感l一起构成高质量系数(Q)的LC振荡电路，Q=1(CR)。如果检测到的物体是接地电位的传导体(例如大地和电容器大的人体、液体等)，则检测板对接地电容c增大，LC振荡电路的q值减小，使振荡器停止。38，工作过程(2)，未接地且绝缘的物体接近检测板时，高频电压

11、应用于检测板，在该附近发生交变电场的情况下，检测物体由静电诱导，极化现象，正负电荷分离，从而提高检测板的接地等效电容量，降低LC振荡电路的q值。在高频率交变极化过程中，对各种含水有机物等能量损失较大的介质，需要消耗一定的能量，这种能量由LC振荡电路提供，必须降低q值，减少振动，降低振动振幅。测量对象接近特定距离时，振荡器的q值降低，无法维持振动，因此停止。根据输出电压U0大小，可以近似确定测量目标值。39，电容接近开关，40，电容油表，1-油2-电容3-伺服电动机4-减速器5-指示板，41，工作方式，油注入油箱后水平上升到h，容量变化量 CX与h成比例，电容此时，电桥的输出电压U0放大后驱动伺

12、服电动机，减速装置减速后顺时针滚动指针，驱动RP滑动，从而提高RP的电阻，当RP电阻达到一定值时，电桥达到新的平衡状态。U0=0，伺服马达停止，指标停留在角度X1。油级h可直接从油级拨盘读取。油箱中的油位降低时，伺服电动机会反转，以在指针逆时针偏转的同时驱动RP滑动，从而降低阻力。当RP电阻达到一定值时，网桥达到新的平衡状态(U0=0)，伺服电动机再次停止，指针停留在角度X2。用这种方法可以确定油罐的油量。42，电容差压传感器，1-弹性膜片2-凹玻璃圆片3-金属涂层4-输出端子5-腔6-滤波器7-壳，43，工作原理，测量压力通过滤波器6进入腔5，金属弹性隔膜1根据两侧的压力差向压力低的方向伸出膜片和两个镀金玻璃圆2之间的电容发生变化，可以测量压力差。此传感器分辨