《电容式传感器》PPT课件(I)

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1、第五章　电容式传感器§5-1工作原理与特性工作原理电容传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测参数微小变化的信息转换成电容量的变化，然后通过测量电路转换成电压输出。平板电容为:A极板面积极板间距0真空介电常数r极板介质的相对介电常数A类型分类变极距型—变极板间距变面积型—变极板面积变介电常数型—介质变化当被测物理量能使式中的ε，A或δ发生变化，则电容器的电容C就会改变。如果保持其中两个参数不变，就可把另一个参数的单一变化转换成电容量的变化，再通过配套的测量电路，将电容的变化转换为电量信号输出。电容式传感器可分为三种基本类型。一、变极距型电容式传感

2、器变极距型电容式传感器的结构原理如图所示。如果两极板间相互覆盖的面积及极间介电常数不变，则当极距有一微小变化时，引起电容量的变化为：由此可得到传感器的灵敏度为：在实际应用中常采用差动型电容式传感器。中间极板为动片，两边极板为定片。当动片移动距离x后，一边的间隙为δ-x，而另一边的间隙为δ+x。两边电容量的变化通过差动电桥叠加，使灵敏度提高了1倍，线性工作区扩大．而且减小了静电引力给测量带来的影响，消除了由于温度等环境影响所造成的误差，工作稳定性较好，还能反映被测位移的方向。一、变极距型电容式传感器变极距型电容传感器适用于较小位移(0.01μm至数百微米)二、变面积型电容式

3、传感器变面积型电容式传感器的灵敏度为：角位移型电容式传感器圆柱线位移型三、变介电常数型电容式传感器这是一种利用介质介电常数的变化将被测量转换为电量的传感器，在固定的二极板之间加入除空气以外的其他待测介质，或由其他物理量控制的介质。当介质变化时，电容量随之变化。电容量的大小和被测材料的厚度及介电常数有关。若被测材料的介电常数为已知，则可测得其厚度，成为测厚仪；若被测材料的厚度为已知．则可测得其介电常数，成为介电常数的测量仪。还可用于测量容器中液面的高度、溶液浓度等。§5-2测量电路电容传感器的测量电路电容传感器的测量电路实际上是测量电容变化的电路，但电容值很微小，因此必须借

4、助测量电路检出这一微小电容的增量，并将其转换成电压、电流或频率。方可显示、记录或传播。电容传感器的测量电路主要有：电桥电路、调频电路、差动脉冲宽度调制电路和运算放大器式电路等。一、调频电路调频是利用信号电压的幅值控制一个振荡器，振荡器输出的是等幅波，但其振荡频率偏离量和信号电压成正比。当信号电压为零时，调频波的频率就等于中心频率；信号电压为正值时频率提高，负值是则降低。一、调频电路调频电路工作原理如图所示。振荡器的振荡频率主要取决于回路中的电感和电容，因此只要回路中的电感或电容随外加信号变化，就能获得调频信号。把电容传感器接入调频振荡回路作为振荡器谐振回路的一部分，则振荡

5、器的频率随电容传感器的电容C而变化，这样振荡器的输出便是一个受被测信号调制的调频波。一、调频电路限幅器的作用是将干扰及寄生调幅削平，使进入鉴频器的调频信号是等幅的。鉴频器的作用是将调频信号的瞬时频率变化恢复成原调制信号电压的变化，它是调频信号的解调器。与调幅相比，调频波具有较强的抗干扰能力，又因为调频波的振幅是一定的，功率利用率高，但调频电路比调幅电路复杂，所占频带宽度也远大于调幅电路。二、脉冲宽度调制电路由于U1的大小是固定的，因此，输出直流电压UO随着T1和T2而变，即随着uA和uB的脉冲宽度而变，而电容C1和C2分别与T1和T2成正比。在电阻R1和R2=R时对于极距

6、变化型：对于面积变化型：§5-3电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的特点动态范围大，响应快；灵敏度高；可以实现非接触测量，无摩擦，不会干扰被测对象的运动状态；输出阻抗高，功率小；抗干扰能力差。电容式传感器利用极间距和极板遮盖面积的变化，可以测量直线位移或角位移。通过弹性膜片可以测量压力，通过弹性梁可以测振动或加速度等。利用介质介电常数的变化可以测量液位高度、溶液的浓度、非导电材料的厚度等。一、电容式位移传感器电容式物位传感器二、电容传声器与噪声测量声音是由物体振动产生的，声音在空气中传播时，使空气产生疏密变化形成声波，人们能够感觉到的声音频率范围一般为20~

7、20000Hz。日常生活中，有些声音是我们需要的，有些声音则是不需要的，把给人们以不愉快感觉的不需要的声音统称为噪音。噪声源很多，就工业噪声而言，主要有机械噪声、空气动力噪声和电磁性噪声等。噪声已成为环境的主要公害之一。因而控制与防治噪声已经成为重要课题，噪声参数被列为机械产品动态性能的主要指标之一。我国已制订了环境噪声标准、听力保护标准、机械噪声标准、家用电器噪声标准及对应的噪声测试标准。（一）噪声的度量噪声和声音采用相同的物理度量方法，只不过噪声是频率成分更为复杂的声音而已。通常都采用声压级、声强级和声功率来表示其强弱，单