电容式传感器教案.doc

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1、任课教师授课班级12秋机电(1)、（2）班课时安排4个课时专业、层次中职课题内容模块二力传感器任务3电容式传感器教学重点1．电容式传感器的工作原理和分类方法。教学难点1．电容式传感器的测量电路。2．电容式传感器典型应用的工作原理。课程目标1．学会电容式传感器测力的工作原理。2．熟悉电容式传感器在实际应用中的工作特点。课的类型新授课教学策略讲授法、多媒体教学教学方法与手段讲授、问答等教学过程设计教学过程及时间分配教学内容教学方法的运用一、组织教学1、点名检查学生出勤情况。2、填写教学记录表。二、导入新课三、新课讲授一、电容式传感器简介：

2、电容式传感器是一种将被测非电量的变化转换成电容量变化，再通过测量电路检测出电容量的变化，转换成电压或电流输出，就可以做出测量力、压力、位移的电容式传感器。电容式传感器具有灵敏度高、稳定性好、结构简单、使用寿命长以及可以进行非接触测量等特点，非常适合在高潮湿、高尘埃及超高低温等恶劣环境下长期使用，二、电容式传感器的工作原理和分类：1、工作原理：中间是绝缘介质的两个平行金属板组成的平板电容器。(2-6)式中S——极板相对覆盖面积；d——极板间距离；εr——相对介电常数；ε0——真空介电常数；ε——电容极板间介质的介电常数。图2-10平板电

3、容器若保持式（2-6）中其中两个参数不变，仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，再通过测量电路就可转换为电压或电流输出。1、分类：根据改变电容量的方法不同，电容式传感器可分为变间隙式、变面积式和变介电常数式三种。1）变间隙式电容传感器：两极板的有效作用面积及极板间的介质保持不变，则电容量C随极距d按非线性关系变化。变间隙式电容传感器的灵敏度与极距的平方成正比，极距越小灵敏度越高。但极距过小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质。图2-11变间隙式电容传感器变间隙式电容

4、传感器一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。2）变面积式电容传感器：面积变化式电容传感器在工作时的极距、介质等保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生改变。变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板，另一个是可移动的，称为动极板。变面积式电容传感器的输出是线性的，灵敏度K是一常数。图2-12变面积式电容传感器变面积式电容传感器一般用来测量角位移或较大的线位移。1）变介电常数式电容传感器：变介电常数式电容传感器的极距、有效作用面积不变，被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。主要用来测量两

5、极板之间的介质的某些参数的变化，如介质厚度、介质湿度、液位等。传感器的灵敏度为常数，电容C理论上与液面h成线性关系，只要测出传感器电容C的大小，就可得到液位h图2-13变介电常数式电容传感器三、电容材料：常见的电容材料：云母电容：用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。陶瓷电容：用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于

6、高频电路。铁电陶瓷电容：容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。薄膜电容：结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。四、电容式传感器的测量电路：在电容式传感器中，电容的变化量十分微小，这样微小的变化量根本不能直接用显示仪表显示，而且不方便传输，因而必须借助于测量电路检测出电容的微小变化量，并将其转换成与之对应的电压或电流信号，以便于记录、传输、显示和控制。用于电容式传感器的测量

7、电路有很多种，常见的有桥式电路、运算放大器电路、调频电路等。1）桥式电路：将电容式传感器接在电桥的一个桥臂或两个桥臂上，其他桥臂是固定电阻、电容或电感，就可以构成单臂电桥或双臂电桥的测量电路。图2-14为差动双臂电桥，变压器的两个二次绕组L1、L2与差动电容传感器的两个电容C1、C2作为电桥的4个桥臂，由高频稳幅的交流电源为电桥供电。电桥的输出为一调幅值，经放大、相敏检波、滤波后，获得与被测量变化相对应的输出，最后为仪表显示记录。图2-14差动双臂电桥初始状态时，电桥处于平衡状态，；当电容式传感器发生变化时，电桥失去平衡而有电压输出。

8、差动双臂电桥的输出电压是单臂电桥输出电压的两倍。2）运算放大器电路：运算放大器的放大倍数非常大，而且输入阻抗很高，利用这些特点可以把它作为电容式传感器的比较理想的测量电路。如图2-15所示，将电容式传感器跨接在运算放大器