第05章 电容式传感器ppt课件.ppt

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1、第五章电容式传感器电容式传感器的工作原理电容式传感器的结构类型（极距、面积、介质）电容式传感器的性能特点电容式传感器的等效和测量电路电容式传感器的应用本章内容：测量技术基础变换原理：将被测非电量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:+++Aδ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。变极距型变面积型变介质型传感器类型§5.1电容式传感器的工作原理一、间隙变化型§5.2电容式传感器的结构类型变极距：δ取值不能大，否则将降低灵敏度一、间隙变化型§5.2电容式传感器的结构类型差动电容变化量优点：1、减小非线性误差2、提高传感器灵敏度3、减小寄生电容的影响4、减小温度、湿度

2、等环境因素的影响实际应用常采用差动式结构。C2C1d1d2ε0ε0Δδ一、间隙变化型§5.2电容式传感器的结构类型一、间隙变化型§5.2电容式传感器的结构类型驻极体电容传声器它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。一、间隙变化型§5.2电容式传感器的结构类型指纹识别指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为第二代指纹识别系统。其优点是体积小、成本低，成像精度高，而且耗电量很小，非常适合在消费类电子产品中使用。右图为指纹经过处理后的成像图：一、间隙变化型§5.2电容式传

3、感器的结构类型指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近）和沟（远）与金属导体之间的距离不同而变化。指纹识别一、间隙变化型§5.2电容式传感器的结构类型二、变面积型§5.2电容式传感器的结构类型陶瓷电容压力传感器液体压力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生位移。压力变送器二、变面积型§5.2电容式传感器的结构类型(a)极板上覆盖有介质(b)介质可移动三、变介质型§5.2电容式传感器的结构类型产品.电容式液位传感器（液位计/料位计）三、变介质型§5.2电容式

4、传感器的结构类型电容式接近开关振荡电路被测物体感应电极被测电容测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。三、变介质型§5.2电容式传感器的结构类型三、变介质型§5.2电容式传感器的结构类型1.温度稳定性好；2.结构简单、适应性强；3.动态响应好；4.可以实现非接触测量、具有平均效应。缺点：1、输出阻抗高、负载能力差；2、寄生电容影响大；3、输出特性非线性。优点:§5.3电容式传感器的性能特点消除寄生电容方法1、减小连线

5、电缆长度;2、采用等电位驱动技术。§5.3电容式传感器的性能特点(1)电容式传感器等效电路L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成；C0为传感器本身的电容；Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容；Rg是极间等效漏电阻，包括：极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗。rC0CPRgL§5.4电容式传感器的测量电路低频等效电路传感器电容的阻抗非常大，L和r的影响可忽略等效电容Ce=C0+Cp，等效电阻Re≈RgCeRg§5.4电容式传感器的测量电路高频等效电路电容的阻抗变小，L和r的影响不可忽略，漏电阻的影响可

6、忽略，其中Ce=C0+Cp，而re≈rreCeL§5.4电容式传感器的测量电路调频电路运算放大器式电路二极管双T型交流电桥电桥测量电路脉冲宽度调制电路测量电路类型(2)电容式传感器的测量电路电容式传感器中电容值以及电容变化值都非常小，这样微小的电容量还不能直接为目前的显示仪表所显示，也很难为记录仪所接受，不便于传输。因此必须借助于测量电路检出这一微小电容增量，并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。§5.4电容式传感器的测量电路调频测量电路§5.4电容式传感器的测量电路结论：从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性假设放大器开环放大倍数A=，输入阻抗Zi=仍然存在一定的非线

7、性误差，但一般A和Zi足够大，所以这种误差很小。运算放大电路§5.4电容式传感器的测量电路线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响；电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定；输出阻抗为R，与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点；适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式传感器。C2(b)ＵｏRRRLC2C1VD1VD2iC1iC2++－＋±UE(a)C1C1C2UERLRLRRRR++