項目四電容式ppt課件

1、電容式傳感器的特點(diǎn)如下： （1小功率、高阻抗，本身發(fā)熱影響小。電容式傳感器電容量很小，一般為幾十到幾百微法，因此具有高阻抗輸出。 （2小的靜電引力和良好的動態(tài)特性。電容式傳感器極板間的靜電引力很小，工作時需要的作用能量極小和它有很小的可動質(zhì)量，因而有較高的固有頻率和良好的動態(tài)響應(yīng)特性。 （3可進(jìn)行非接觸測量。 （4結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，分辨率高?！局R要求】【知識要求】1.了解電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。了解電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。2.掌握電容式傳感器的功能及工作特點(diǎn)。掌握電容式傳感器的功能及工作特點(diǎn)。3.掌握電容式傳感器的測量方法。掌握電容式傳感器的測量方法。4.了解電容式傳感器的發(fā)展

2、方向與應(yīng)用。了解電容式傳感器的發(fā)展方向與應(yīng)用?！灸芰σ蟆俊灸芰σ蟆?.正確地識別各種電容式傳感器及其特點(diǎn)和其正確地識別各種電容式傳感器及其特點(diǎn)和其在整個工作系統(tǒng)中的作用。在整個工作系統(tǒng)中的作用。2.在設(shè)計中，能夠根據(jù)工作系統(tǒng)的特點(diǎn)，找出在設(shè)計中，能夠根據(jù)工作系統(tǒng)的特點(diǎn)，找出匹配的電容式傳感器。匹配的電容式傳感器。3.能夠準(zhǔn)確地判斷出傳感器的好壞，熟練掌握能夠準(zhǔn)確地判斷出傳感器的好壞，熟練掌握電容式傳感器的測量方法。電容式傳感器的測量方法。4.能夠設(shè)計一個簡單的測量電路。能夠設(shè)計一個簡單的測量電路。（一電容式傳感器的工（一電容式傳感器的工作原理及分類作原理及分類電容式傳感器是一種電容式傳感器

3、是一種以可變參數(shù)的電容器作為以可變參數(shù)的電容器作為傳感元件，通過電容傳感傳感元件，通過電容傳感元件，將被測物理量的變元件，將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。多數(shù)場合下，電容是由兩多數(shù)場合下，電容是由兩個金屬平行板組成并且以個金屬平行板組成并且以空氣為介質(zhì)，因此電容式空氣為介質(zhì)，因此電容式傳感器的基本工作原理可傳感器的基本工作原理可以用如圖所示的平板電容以用如圖所示的平板電容器來說明。當(dāng)忽略邊緣效器來說明。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時，平板電容器的電容應(yīng)時，平板電容器的電容量為量為平板電容器式中S極板面積； d極板間距離； r相對介電常數(shù)； 0真空介電常數(shù)0=8.851012Fm1

4、）； 電容極板介質(zhì)的介電常數(shù)。當(dāng)被測物理量使得式中d、S和r中的某一項或某幾項有變化時，就改變了電容C。電容C變化的大小與被測參數(shù)的大小成比例，在交流工作時，就改變了容抗XC，從而使輸出電壓或電流發(fā)生變化，這就是電容式傳感器的工作原理。1變間隙電容式傳感器如下圖所示是變間隙電容式傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中1是與被測體相連的動極板，2是固定極板(一般稱為定極板)。當(dāng)極板1因被測參數(shù)改變而引起移動時，就改變了兩極板間的距離d，從而改變了兩極板間的電容C。從上式可知，電容C與極板間距d不是線性關(guān)系，其關(guān)系曲線如圖下圖所示。變間隙電容式傳感器原理圖1動極板；2定極板Cd關(guān)系曲線極板面積為S，初始距離為d

5、0，以空氣為介質(zhì)(r=1)的電容器的電容值為當(dāng)間隙d0減小d時(設(shè)dd0， )，則電容增加C，即由上式得，電容的相對變化量C/C0為因為d/d01，按泰勒級數(shù)展開得由式上可見，輸出電容的相對變化C/C0與輸入位移d之間的關(guān)系是非線性的，當(dāng)d/d0C2，則C1和C2充放電時間常數(shù)就發(fā)生改變。這時電路中各點(diǎn)的電壓波形如圖(b)所示。由圖可見，AB兩點(diǎn)平均電壓值不再是零。脈沖寬度調(diào)制電路電壓波形圖當(dāng)矩形電壓波通過低通濾波器后，可得出直流分量當(dāng)差動電容C1C2時由此可見，對于差動脈沖調(diào)寬電路，不論是改變平板電容器的極板面積還是極板距離，其變化量與輸出量都成線性關(guān)系。調(diào)寬線路還具有如下一些特點(diǎn)：對元件無

6、線性要求；效率高，信號只要經(jīng)過低通濾波器就有較大的直流輸出；調(diào)寬頻率的變化對輸出無影響；由于低通濾波器作用，對輸出矩形波純度要求不高。（一實(shí)施要求（一實(shí)施要求（1通過本項目的實(shí)施，在掌握電容式傳感器的通過本項目的實(shí)施，在掌握電容式傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上掌握電容式傳感器的器基本結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上掌握電容式傳感器的器件識別、故障判斷、測量方法和實(shí)際應(yīng)用。件識別、故障判斷、測量方法和實(shí)際應(yīng)用。（2該項目需要電容式傳感器實(shí)訓(xùn)臺或相關(guān)設(shè)備、該項目需要電容式傳感器實(shí)訓(xùn)臺或相關(guān)設(shè)備、導(dǎo)線若干、相關(guān)的儀表、萬用表、示波器。導(dǎo)線若干、相關(guān)的儀表、萬用表、示波器。（3通過項目實(shí)施掌握電容式傳感器的

7、測量方法，通過項目實(shí)施掌握電容式傳感器的測量方法，使用要求。使用要求。（二實(shí)施步驟（二實(shí)施步驟（1找出電容式傳感器在電路中的位置，并判斷找出電容式傳感器在電路中的位置，并判斷是什么類型的傳感器。是什么類型的傳感器。（2分析測量電路的工作原理，觀察電容式傳感分析測量電路的工作原理，觀察電容式傳感器工作過程中的現(xiàn)象。器工作過程中的現(xiàn)象。（3找出各個單元電路，記錄其電路組成形式。找出各個單元電路，記錄其電路組成形式。（4按照原理圖用導(dǎo)線將電路連接好，檢查確認(rèn)按照原理圖用導(dǎo)線將電路連接好，檢查確認(rèn)無誤后，啟動電源。無誤后，啟動電源。（5觀察各單元電路的工作情況，記錄其在工作觀察各單元電路的工作情況，記

8、錄其在工作過程中不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。過程中不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。（一電容式傳感器的應(yīng)用（一電容式傳感器的應(yīng)用1膜片電極式壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖所示，由一個固定電極和一個膜片電極形成距離為d0、極板有效面積為a2、改變極板間平均間隙的平板電容變換器組成，在忽略邊緣效應(yīng)時，初始電容值膜片電極式壓力傳感器2電容式加速度傳感器測量振動使用加速度及角加速度傳感器，一般采用慣性式傳感器測量絕對加速度。在這種傳感器中可應(yīng)用電容式傳感器。一種差接電容式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。這里有兩個固定極板，極板中間有一用彈簧支撐的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊的兩個端面經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板。當(dāng)傳感器測量垂直方向上的直線加

9、速度時，質(zhì)量塊在絕對空間中相對靜止，而兩個固定電極將相對質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，此位移大小正比于被測加速度，使C1、C2中一個增大，一個減小。電容式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖3電容式應(yīng)變計原理結(jié)構(gòu)圖如圖所示，在被測量的兩個固定點(diǎn)上，裝兩個薄而低的拱弧，方形電極固定在弧的中央，兩個拱弧的曲率略有差別。安裝時注意兩個極板應(yīng)保持平行并平行于安裝應(yīng)變計的平面，這種拱弧具有一定的放大作用，當(dāng)兩固定點(diǎn)受壓縮時變換電容值將減小(極間距增大)。很明顯，電容極板相互距離的改變量與應(yīng)變之間并非是線性關(guān)系，這可抵消一部分變換電容本身的非線性。電容式應(yīng)變計原理結(jié)構(gòu)圖4荷重傳感器下圖中電容式荷重傳感器原理結(jié)構(gòu)圖原理結(jié)構(gòu)如圖所示。

10、用一塊特種鋼(其澆鑄性好，彈性極限高)在同一高度上并排平行打圓孔，在孔的內(nèi)壁以特殊的黏合劑固定兩個截面為T型的絕緣體，保持其平行并留有一定間隙，在相對面上黏貼銅箔，從而形成一排平板電容。當(dāng)圓孔受荷重變形時，電容值將改變，在電路上各電容并聯(lián)，因此總電容增量將正比于被測平均荷重。這種傳感器誤差較小，接觸面影響小，測量電路可裝置在孔中。電容式荷重傳感器原理結(jié)構(gòu)圖5振動、位移測量儀DWY3型振動、位移測量儀是一種電容、調(diào)頻原理的非接觸式測量儀器，它即是測振儀，又是電子測微儀。主要用來測量旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度和振擺、往復(fù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和定位精度、機(jī)械構(gòu)件的相對振動和相對變形、工件尺寸和平直度以及用于某些特殊

11、測量等。作為一種通用性的精密測試儀器得到廣泛應(yīng)用。 在測量時，首先調(diào)整好傳感器與被測工件間的原始間隙d0，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時因軸承間隙等原因使轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生徑向位移和振動d，相應(yīng)地產(chǎn)生一個電容變化C，DWY3型振動、位移測量儀可以直接指示出d的大小，配有記錄和圖形顯示儀器時，可將d的大小記錄下來并在圖像上顯示其變化的情況。它的傳感器是一片金屬片，作為固定極板。而以被測構(gòu)件為動極板組成電容器，測量原理如圖下所示。測量旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度和振擺示意圖6電容測厚儀電容測厚儀是用來測量金屬帶材在軋制過程中的厚度的。它的變換器就是電容式厚度傳感器，其工作原理如圖所示。在被測帶材的上、下兩邊各置一塊面積相等且與帶材距離相同

12、的極板，這樣極板與帶材就形成兩個電容器(帶材也作為一個極板)。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來，就成為一個極板，而帶材則是電容器的另一極板，其總電容C=C1+C2。電容測厚儀工作原理（一）（一） 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗電容式傳感器的位移特性實(shí)驗1.實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。了解電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。2.實(shí)驗儀器實(shí)驗儀器電容式傳感器、電容式傳感器模塊、測微頭、數(shù)電容式傳感器、電容式傳感器模塊、測微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套。顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套。3.實(shí)驗原理實(shí)驗原理電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉(zhuǎn)

13、換為電容量變化的一種傳感器，它實(shí)質(zhì)上是具有一個可變電容量變化的一種傳感器，它實(shí)質(zhì)上是具有一個可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理可得參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理可得式中，S為極板面積，d為極板間距離，0為真空介電常數(shù)，r為介質(zhì)相對介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測物理量使S、d或r發(fā)生變化時，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容式傳感器可以分為三種類型，即改變極間距離的變間隙式、改變極板面積的變面積式和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖所示兩只平板電容器共享一個下極板，當(dāng)下極板隨被測物體移動時，兩只

14、電容器上下兩極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個極板用導(dǎo)線引出，形成差動電容輸出。平板電容器實(shí)驗4.實(shí)驗內(nèi)容與步驟（1按圖所示將電容式傳感器安裝在電容式傳感器模塊上，將傳感器引線插入實(shí)驗?zāi)K插座中。電容式傳感器實(shí)訓(xùn)臺（2將電容式傳感器模塊的輸出Uo接到數(shù)顯直流電壓表上。（3接入15 V電源，合上主控臺電源開關(guān)，將電容式傳感器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)RW，使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0選擇2 V擋）。（4旋動測微頭推進(jìn)電容式傳感器的共享極板下極板），每隔0.2 mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，填入表中。實(shí)驗結(jié)果實(shí)驗結(jié)果5.實(shí)驗報告根據(jù)表的數(shù)據(jù)計算電容式傳感器的系統(tǒng)靈敏度K和非線性誤差f。（二電容

15、式傳感器動態(tài)特性實(shí)驗（二電容式傳感器動態(tài)特性實(shí)驗1.實(shí)驗?zāi)康膶?shí)驗?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鞯膭討B(tài)性能的測量原理與方法。了解電容式傳感器的動態(tài)性能的測量原理與方法。2.實(shí)驗儀器實(shí)驗儀器電容式傳感器、電容式傳感器模塊、相敏檢波模電容式傳感器、電容式傳感器模塊、相敏檢波模塊、振蕩器頻率塊、振蕩器頻率/轉(zhuǎn)速表、直流穩(wěn)壓電源、振動源、通轉(zhuǎn)速表、直流穩(wěn)壓電源、振動源、通信接口含上位機(jī)軟件）。信接口含上位機(jī)軟件）。3.實(shí)驗原理實(shí)驗原理與電容式傳感器位移特性實(shí)驗原理相同。與電容式傳感器位移特性實(shí)驗原理相同。（1傳感器的安裝如圖所示，傳感器引線接入傳感器模塊，輸出端Uo接相敏檢波模塊低通濾波器的輸入端Ui，低通濾波器輸出端Uo接通信接口CH1。調(diào)節(jié)RW到最大位置順時針旋到底），經(jīng)過“緊定旋鈕使電容式傳感器的動極板處于中間位置，Uo輸出