重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院-傳感器與檢測技術(shù)項目式教學(xué)--項目五

1、任務(wù)五 液位檢測 S 極板的遮蓋面積，單位為極板的遮蓋面積，單位為m2； 極板間介質(zhì)的介電系數(shù)；極板間介質(zhì)的介電系數(shù)； d兩平行極板間的距離，單位為兩平行極板間的距離，單位為m；0 真空的介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)，0 =8.85410-12 F/m；r 極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù). r0dSdSC變間隙型變面積型變介質(zhì)型電容式傳感器電容式傳感器變極距變極距( (d）型型: (a)、(e) 變面積型變面積型(S)(S)型型: (b)、(c)、(d)、 (f)、(g) 、（、（h）變介電常數(shù)變介電常數(shù)( )型型: （i）(l) 4.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)變極距型電容傳

2、感器變極距型電容傳感器u下圖為變極距型電容式傳感器的原下圖為變極距型電容式傳感器的原理圖。當(dāng)傳感器的理圖。當(dāng)傳感器的 r r和和A A為常數(shù)，初為常數(shù)，初始極距為始極距為d d0 0時，其初始電容量時，其初始電容量 為：為：0r00ACd 0C 變極距型電容傳感器原理圖變極距型電容傳感器原理圖4.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)u若電容器極板間距離由初始值若電容器極板間距離由初始值d0d0縮小縮小dd，電容量增大，電容量增大CC，則有，則有u由式由式(4-3)(4-3)知傳感器的輸出特性知傳感器的輸出特性C =f(dC =f(d) )不是線性關(guān)系，而不是線性關(guān)系，而是如圖是如圖4-24-2所示的

3、曲線關(guān)系。所示的曲線關(guān)系。u在式在式(4-3)(4-3)中，當(dāng)中，當(dāng) 時，時， ，則上式可，則上式可簡化為：簡化為：u此時此時C C與與dd呈近似線性關(guān)系，所以變極距型電容式傳感呈近似線性關(guān)系，所以變極距型電容式傳感器只有在器只有在d/d0d/d0很小時很小時，才有近似的線性輸出。，才有近似的線性輸出。00r002020(1)(43)()1dCAdCCCdddd 220()11dd01d d000(4 4)dC C CddCKddCC001Cd4.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)由式由式(4-4)(4-4)還可以看出，在還可以看出，在d d0 0較小時，對較小時，對于同樣的于同樣的 dd變化所引

4、起的變化所引起的CC可以增大，可以增大，從而使傳感器靈敏度提高。從而使傳感器靈敏度提高。但但d d0 0過小，過小，容易引起電容器擊穿或短路。容易引起電容器擊穿或短路。圖圖4-2 4-2 電容量與極板間距離的關(guān)系電容量與極板間距離的關(guān)系u為防止擊穿或短路，極板間可采用高介電為防止擊穿或短路，極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)。常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)。云母片的相對介電常數(shù)是空氣的云母片的相對介電常數(shù)是空氣的7 7倍，其倍，其擊穿電壓不小于擊穿電壓不小于1000 kV/mm1000 kV/mm，而空氣的，而空氣的僅為僅為3kV/mm3kV/mm。因此有了云母片，極板間

5、。因此有了云母片，極板間起始距離可大大減小。同時傳感器的輸出起始距離可大大減小。同時傳感器的輸出特性的線性度得到改善。特性的線性度得到改善。u一般一般變極距型變極距型電容式傳感器的起始電容在電容式傳感器的起始電容在2020 30 pF30 pF之間，極板間距離在之間，極板間距離在2525200m200m的范圍內(nèi)，最大位移應(yīng)小于間距的的范圍內(nèi)，最大位移應(yīng)小于間距的1/101/10，故在微位移測量中應(yīng)用最廣。，故在微位移測量中應(yīng)用最廣。變極距型電容式傳感器 Ard00001 ddCCddSC00002 ddCCddSCdddddd0201,021ddd00 dSCC1 d1C2 d2 20021d

6、dCCCC 200dCdCK 200ddCCAC0駐極體電容傳聲器駐極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。 為消除極板的邊緣效應(yīng)影響為消除極板的邊緣效應(yīng)影響,可采用如下圖所示保護環(huán)可采用如下圖所示保護環(huán). 保護環(huán)與極板具有同一電位保護環(huán)與極板具有同一電位,就把電極板間的邊緣效應(yīng)就把電極板間的邊緣效

7、應(yīng)移到了保護環(huán)與極板移到了保護環(huán)與極板2的邊緣的邊緣,極板極板1與極板與極板2之間的場強之間的場強分布變的均勻了分布變的均勻了.132 加保護環(huán)消除極板邊緣電場的不均勻性加保護環(huán)消除極板邊緣電場的不均勻性 1-極板極板 1 2-保護環(huán)保護環(huán) 3-極板極板2bdaxx圖3.1.2 直線位移型電容式傳感器axCxdbCCC00dbxCK)()(0 xdbCndxabnCxdbnnCCC0dbnxCKxxxa)b)c)圖3.1.3 變面積式電容傳感器的派生型a)角位移型 b)齒形極板型 c)圓筒型)1 ()1 (0CdACBACCC1212211/ )()(;/ddxlbCddbxCBA2110dd

8、blC)11 ()(CC21212101212211BAddlxCddxlbddbxC電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)振蕩電路振蕩電路被測物體被測物體 感應(yīng)電極感應(yīng)電極被測電容被測電容測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當(dāng)物體另一個極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化生變化. .接近開關(guān)的檢測物體，接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。緣的液

9、體或粉狀物體。電容式傳感器電容式傳感器 4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題電容式傳感器的特點電容式傳感器的特點1 1優(yōu)點：優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好溫度穩(wěn)定性好 電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，有利于選電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有電阻，供電后產(chǎn)生熱量；電感式甚微。而電阻傳感器有電阻，供電后產(chǎn)生熱量；電感式傳感器有銅損、磁游和渦流損耗等，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。傳感器有銅損、磁游和渦流損耗等，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單 電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，易于保證高的精度

10、，電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量；能工作在可以做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量；能工作在高溫，強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大高溫，強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測量超的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量。高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量。4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題動態(tài)響應(yīng)好動態(tài)響應(yīng)好 電容式傳感器帶電極板間的靜電引力很小電容式傳感器帶電極板間的靜電引力很小( (約幾個約幾個 ), ),需要的作用能量極小，又由于它的

11、可動部分可以做得很需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態(tài)時間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此測量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。510 N可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng)可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應(yīng) 例如非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的例如非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心

12、率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題u電容式傳感器除了上述的優(yōu)點外，還因其帶電極板間的電容式傳感器除了上述的優(yōu)點外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測極低的壓力、力和很小的加速度、位移等。極低的壓力、力和很小的加速度、位移等。u可以做得很靈敏，分辨力高，能敏感可以做得很靈敏，分辨力高，

13、能敏感0.01m 0.01m 甚至更小的甚至更小的位移。位移。u由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)并接成電橋式由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)并接成電橋式時產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進行高倍率放大，使時產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。儀器具有很高的靈敏度。4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題2 2缺點缺點輸出阻抗高，負載能力差輸出阻抗高，負載能力差 電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般只有幾個皮法到幾百皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，只有幾個皮法到幾百皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻范圍

14、內(nèi)的交流電源時，輸出阻抗高尤其當(dāng)采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時，輸出阻抗高達達 。因此傳感器的負載能力很差，易受外界干。因此傳感器的負載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重時甚至無法工作。擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重時甚至無法工作。6108104.3 特點及應(yīng)用中存在的問題寄生電容影響大寄生電容影響大 電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其初電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其初始電容量都很小始電容量都很小( (幾幾pFpF到幾十到幾十pFpF) )，而連接傳感器，而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容和電子線路的引線電纜電容(1 (12m2m導(dǎo)線可達導(dǎo)線可達800pF)800pF)、

15、電子線路的雜散電容以及傳感器內(nèi)極、電子線路的雜散電容以及傳感器內(nèi)極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的“寄生電容寄生電容”卻較大，卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機變化的，將使儀器（如電纜電容）常常是隨機變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題應(yīng)用中存在的問題應(yīng)用中存在的問題1 1電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路u上節(jié)對各種電容傳感器的特性分析，都是在純電容上節(jié)對各種電容傳感器的特性分析，都是在純電容的條件下進行的。這在可忽略傳感器附加損耗的一

16、的條件下進行的。這在可忽略傳感器附加損耗的一般情況下也是可行的。若考慮電容傳感器在高溫、般情況下也是可行的。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵的條件下工作而不可忽視其附加損高濕及高頻激勵的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時，其等效電路如下圖所示。耗和電效應(yīng)影響時，其等效電路如下圖所示。圖圖4-8 電電容式容式傳傳感器的等效感器的等效電電路路4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題u圖中圖中L L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；uC0C0為傳感器本身的電容；為傳感器本身的電容；uCpCp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總為引線電

17、纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實用性能的寄生電容，克服其影響，是提高電容傳感器實用性能的關(guān)鍵之一；關(guān)鍵之一；uRgRg為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；uRsRs為高濕、高溫、高頻激勵工作時的串聯(lián)損耗電組它包為高濕、高溫、高頻激勵工作時的串聯(lián)損耗電組它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻。4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題u低頻時，傳感器電容的阻抗非常大，低頻時，傳感器電容的阻抗非常大，L L和和RsRs的影響可忽的影響可忽略；等效電容略；等效電容CeCe

18、=C0+Cp=C0+Cp；等效電阻；等效電阻ReRgReRg 。低頻等效低頻等效電路如下圖所示。電路如下圖所示。u高頻時，電容的阻抗變小，高頻時，電容的阻抗變小，L L和和RsRs的影響不可忽略，漏的影響不可忽略，漏電的影響可忽略，其中電的影響可忽略，其中CeCe=C0+Cp=C0+Cp，而，而ReRsReRs。高頻等。高頻等效電路如下圖所示。效電路如下圖所示。低低頻頻等效等效電電路路 高高頻頻等效等效電電路路4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題u根據(jù)高頻等效電路，由于電容傳感器電容量一般都很小，根據(jù)高頻等效電路，由于電容傳感器電容量一般都很小，電源頻率即使采用幾兆赫，容抗仍很大，而電源頻率即使采用

19、幾兆赫，容抗仍很大，而RgRg 和和RsRs很很小可以忽略，因此：小可以忽略，因此：u此時電容傳感器的等效靈敏度為此時電容傳感器的等效靈敏度為 u當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時，傳感器的靈敏當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時，傳感器的靈敏度由度由kgkg變?yōu)樽優(yōu)閗eke，keke與傳感器的固有電感與傳感器的固有電感( (包括電纜電感包括電纜電感) )有關(guān)，且隨有關(guān)，且隨 變化而變化。變化而變化。u在這種情況下，每當(dāng)改變激勵頻率在這種情況下，每當(dāng)改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進行標定。系統(tǒng)重新進行標定。0201eCCLC2200220/(1)

20、(1)geekCCLCkddLC4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題2 2邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)u以上分析各種電容式傳感器時還忽略了邊緣效應(yīng)的影響。以上分析各種電容式傳感器時還忽略了邊緣效應(yīng)的影響。u實際上當(dāng)極板厚度實際上當(dāng)極板厚度h h與極距與極距d d之比相對較大時，邊緣效應(yīng)之比相對較大時，邊緣效應(yīng)的影響就不能忽略。這時對極板半徑為的影響就不能忽略。這時對極板半徑為r r的變極距型電的變極距型電容傳感器，其電容值應(yīng)按下式計算：容傳感器，其電容值應(yīng)按下式計算：u邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產(chǎn)生非邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產(chǎn)生非線性。線性。20r16ln1( )rrhCrfd

21、dd 4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題u為了消除邊緣效應(yīng)的影響，可以采用帶有保護環(huán)的結(jié)構(gòu)，為了消除邊緣效應(yīng)的影響，可以采用帶有保護環(huán)的結(jié)構(gòu)，如下圖所示。保護環(huán)與定極板同心、電氣上絕緣且間隙如下圖所示。保護環(huán)與定極板同心、電氣上絕緣且間隙越小越好，同時始終保持等電位，以保證中間工作區(qū)得越小越好，同時始終保持等電位，以保證中間工作區(qū)得到均勻的場強分布，從而克服邊緣效應(yīng)的影響。為減小到均勻的場強分布，從而克服邊緣效應(yīng)的影響。為減小極板厚度，往往不用整塊金屬板做極板，而用石英或陶極板厚度，往往不用整塊金屬板做極板，而用石英或陶瓷等非金屬材料，蒸涂一薄層金屬作為極板。瓷等非金屬材料，蒸涂一薄層金屬作為極板

22、。圖圖4-11 帶帶有保有保護環(huán)護環(huán)的的電電容容傳傳感器原理感器原理圖圖4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題3 3靜電引力靜電引力 u電容式傳感器兩極板間存在靜電場，因而有靜電引力或電容式傳感器兩極板間存在靜電場，因而有靜電引力或力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數(shù)、力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數(shù)、極間距離有關(guān)。通常這種靜電引力很小，但在采用推動極間距離有關(guān)。通常這種靜電引力很小，但在采用推動力很小的彈性敏感元件情況下，須考慮因靜電引力造成力很小的彈性敏感元件情況下，須考慮因靜電引力造成的測量誤差。的測量誤差。4 4溫度影響溫度影響 u環(huán)境溫度的變化將改變電容傳感器的輸

23、出相對被測輸入環(huán)境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對被測輸入量的單值函數(shù)關(guān)系，從而引入溫度干擾誤差。量的單值函數(shù)關(guān)系，從而引入溫度干擾誤差。u這種影響主要有兩個方面：這種影響主要有兩個方面：4.3 特點及應(yīng)用中存在的問題（1 1）溫度對結(jié)構(gòu)尺寸的影響）溫度對結(jié)構(gòu)尺寸的影響 電容傳感器由于極間隙很小而對結(jié)構(gòu)尺寸的變電容傳感器由于極間隙很小而對結(jié)構(gòu)尺寸的變化特別敏感。在傳感器各零件材料線脹系數(shù)不化特別敏感。在傳感器各零件材料線脹系數(shù)不匹配的情況下，溫度變化將導(dǎo)致極間隙較大的匹配的情況下，溫度變化將導(dǎo)致極間隙較大的相對變化，從而產(chǎn)生很大的溫度誤差。相對變化，從而產(chǎn)生很大的溫度誤差。在設(shè)計電容式傳感

24、器時，適當(dāng)選擇材料及有關(guān)在設(shè)計電容式傳感器時，適當(dāng)選擇材料及有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以滿足溫度誤差補償要求。結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以滿足溫度誤差補償要求。（2 2）溫度對介質(zhì)的影響）溫度對介質(zhì)的影響溫度對介電常數(shù)的影響隨介質(zhì)不同而異，空氣溫度對介電常數(shù)的影響隨介質(zhì)不同而異，空氣及云母的介電常數(shù)溫度系數(shù)近似為零；而某些及云母的介電常數(shù)溫度系數(shù)近似為零；而某些液體介質(zhì)，如硅油、煤油等，其介電常數(shù)的溫液體介質(zhì)，如硅油、煤油等，其介電常數(shù)的溫度系數(shù)較大。度系數(shù)較大。電容式傳感器電容式傳感器 4.4 電容式傳感器的測量電路 電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小，這樣微小的電容

25、量還不能直接被目前分微小，這樣微小的電容量還不能直接被目前的顯示儀表顯示，也很難被記錄儀接受，不便的顯示儀表顯示，也很難被記錄儀接受，不便于傳輸。于傳輸。u必須借助測量電路檢出這一微小電容增量，并必須借助測量電路檢出這一微小電容增量，并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率?；蛘哳l率。u電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運算放大器式電路、電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運算放大器式電路、二極管雙二極管雙T T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。UCXCZZUSC將電容傳感器作為一個橋?qū)㈦娙輦鞲衅髯鳛橐粋€橋臂，采用差動式電容傳感臂，采用

26、差動式電容傳感器時，將兩個電容接入相器時，將兩個電容接入相鄰的兩臂上，調(diào)節(jié)電容鄰的兩臂上，調(diào)節(jié)電容C使使橋路平衡，輸出電壓為零。橋路平衡，輸出電壓為零。當(dāng)當(dāng)Cx變化時，電橋失去平變化時，電橋失去平衡，輸出一個和衡，輸出一個和Cx成正比成正比的電壓信號。的電壓信號。3 3 測量電路測量電路a)a)電橋電路電橋電路 4.4 電容式傳感器的測量電路 (1) (1)變壓器電橋變壓器電橋u如下圖所示，如下圖所示，C C1 1、C C2 2為傳感器的兩為傳感器的兩個差動電容。個差動電容。圖圖4-17 變壓變壓器器電橋電橋4.4 電容式傳感器的測量電路u電橋的空載輸出電壓為：電橋的空載輸出電壓為：對變極距型

27、電容傳感對變極距型電容傳感器器 ， ，代入上式得：，代入上式得：u可見，可見，對變極距型差動電容傳感器的變壓器電對變極距型差動電容傳感器的變壓器電橋，在負載阻抗極大時，其輸出特性呈線性。橋，在負載阻抗極大時，其輸出特性呈線性。12012CCUUCC2010ACdd020ACdd002d UUd4.4 電容式傳感器的測量電路(2)(2)運算放大器式電路運算放大器式電路u運算放大器的放大倍數(shù)運算放大器的放大倍數(shù)K K非常大，而且輸入阻抗非常大，而且輸入阻抗ZiZi很高。很高。運算放大器的特點可以使其作為電容式傳感器的比較理運算放大器的特點可以使其作為電容式傳感器的比較理想的測量電路。下圖是運算放大

28、器式電路原理圖。想的測量電路。下圖是運算放大器式電路原理圖。圖圖4-13 運算放大器式電路原理圖運算放大器式電路原理圖4.4 電容式傳感器的測量電路u圖中圖中CxCx為電容式傳感器，為電容式傳感器， 是交流電源電是交流電源電壓，壓， 是輸出信號電壓，是輸出信號電壓， 是虛地點。由運是虛地點。由運算放大器工作原理可得：算放大器工作原理可得：u如果傳感器是一只平板電容，則如果傳感器是一只平板電容，則Cx Cx =A/d=A/d，代入上式有：，代入上式有：u上式說明運算放大器的輸出電壓與極板間距離上式說明運算放大器的輸出電壓與極板間距離d d線性關(guān)系。運算放大器電路解決了單個變極板線性關(guān)系。運算放大

29、器電路解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題間距離式電容傳感器的非線性問題。0ixCUUC 0CiUUdA iU0U4.4 電容式傳感器的測量電路 (3) (3)二極管雙二極管雙T T型交流電橋型交流電橋u二極管雙二極管雙T T型交流電橋又稱為二極管型交流電橋又稱為二極管T T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)，如圖所，如圖所示。示。e e是高頻電源，它提供幅值為是高頻電源，它提供幅值為UiUi的對稱方波，的對稱方波，為特性完全相同的兩個二極管，為特性完全相同的兩個二極管， ，C1C1、C2C2為傳感為傳感器的兩個差動電容。當(dāng)傳感器沒有輸入時，器的兩個差動電容。當(dāng)傳感器沒有輸入時，C1 = C2C1 = C

30、2。圖圖4-14 4-14 二二極極管管雙雙TT型交流型交流電橋電橋12DDVV、12R RR=電路工作原理如下：電路工作原理如下：u當(dāng)當(dāng)e e為正半周時，二極管為正半周時，二極管 導(dǎo)通、導(dǎo)通、 截止，于是截止，于是電容電容C1C1充電；在隨后負半周出現(xiàn)時，電容充電；在隨后負半周出現(xiàn)時，電容C1C1上上的電荷通過電阻的電荷通過電阻R1R1、負載電阻、負載電阻RLRL放電，流過放電，流過RLRL的電流為的電流為I1I1。u在負半周內(nèi)，在負半周內(nèi)， 導(dǎo)通、導(dǎo)通、 截止，則電容截止，則電容C2C2充電；充電；在隨后出現(xiàn)正半周時，在隨后出現(xiàn)正半周時，C2C2通過電阻通過電阻R2R2，負載電，負載電阻阻

31、RLRL放電，流過放電，流過RLRL的電流為的電流為I2I2。u根據(jù)上面所給的條件，電流根據(jù)上面所給的條件，電流I1= I2I1= I2，且方向相反，且方向相反，在一個周期內(nèi)流過在一個周期內(nèi)流過RLRL的平均電流為零。的平均電流為零。1DV2DV2DV1DV若傳感器輸入不為若傳感器輸入不為0，則，則C1C2，那么，那么I1I2，此，此時時RL上必定有信號輸出，其輸出在一個周期內(nèi)的平上必定有信號輸出，其輸出在一個周期內(nèi)的平均值為均值為:式中式中f為電源頻率。為電源頻率。當(dāng)當(dāng)RL已知，上式中已知，上式中 （常（常數(shù)），則：數(shù)），則：輸出電壓輸出電壓U0不僅與電源電壓的幅值和頻率有關(guān)，而不僅與電源電

32、壓的幅值和頻率有關(guān)，而且與且與T型網(wǎng)絡(luò)中的電容型網(wǎng)絡(luò)中的電容C1和和C2的差值有關(guān)。的差值有關(guān)。當(dāng)電源當(dāng)電源電壓確定后，輸出電壓電壓確定后，輸出電壓U0是電容是電容C1和和C2的函數(shù)。的函數(shù)。0122(2)(CC )()LLLLiLR RRUI RR U fRR2(2)M()LLLR RRRRR012iUU fM CC4.4 電容式傳感器的測量電路特點：特點：（）該電路輸出電壓較高，當(dāng)電源頻率為（）該電路輸出電壓較高，當(dāng)電源頻率為 1.3MHz,1.3MHz,電源電壓電源電壓UiUi= 46 V= 46 V時時, ,電容從電容從-7 -7+7pF+7pF變變化，可以在化，可以在1M1M負載上得

33、到負載上得到-5 -5+5 V+5 V的直流輸?shù)闹绷鬏敵鲭妷骸３鲭妷?。（）電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關(guān)，故（）電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關(guān)，故輸入電源要求穩(wěn)定。當(dāng)輸入電源要求穩(wěn)定。當(dāng)UiUi幅值較高，使二極管幅值較高，使二極管 工作在線性區(qū)域時，測量的非線性誤差很小。工作在線性區(qū)域時，測量的非線性誤差很小。（）電路的輸出阻抗與電容（）電路的輸出阻抗與電容C1C1、C2C2無關(guān)，而僅無關(guān)，而僅與與R1R1、R2R2及及RLRL有關(guān)，其值為有關(guān)，其值為1 1100k100k。輸出信。輸出信號的上升沿時間取決于負載電阻。對于號的上升沿時間取決于負載電阻。對于1k1k的負的負載電阻上升時間為載

34、電阻上升時間為 20s20s左右，故可用來測量高左右，故可用來測量高速的機械運動。速的機械運動。12DDVV、4.4 電容式傳感器的測量電路 (4) (4)脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路u下圖為一種差動脈沖寬度調(diào)制電路。當(dāng)接通電源下圖為一種差動脈沖寬度調(diào)制電路。當(dāng)接通電源后，若觸發(fā)器后，若觸發(fā)器Q Q端為高電平端為高電平(U1)(U1)， 端為低電平端為低電平(0)(0)，則觸發(fā)器通過則觸發(fā)器通過R1R1對對C1C1充電；當(dāng)充電；當(dāng)F F點電位點電位UFUF升到與升到與參考電壓參考電壓UrUr相等時，比較器相等時，比較器IC1IC1產(chǎn)生一個脈沖使產(chǎn)生一個脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從

35、而使Q Q端為低電平，端為低電平， 端為高電平端為高電平(U1)(U1)。QQ圖圖4-15 差差動動脈沖脈沖調(diào)寬電調(diào)寬電路路u此時，電容此時，電容C1C1通過二極管通過二極管D1D1迅速放電至零，而迅速放電至零，而觸發(fā)器由觸發(fā)器由 端經(jīng)端經(jīng)R2R2向向C2C2充電；當(dāng)充電；當(dāng)G G點電位點電位UGUG與與參考電壓參考電壓UrUr相等時，比較器相等時，比較器IC2IC2輸出一個脈沖使輸出一個脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而循環(huán)上述過程。觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而循環(huán)上述過程。u可以看出，電路充放電的時間，即觸發(fā)器輸出可以看出，電路充放電的時間，即觸發(fā)器輸出方波脈沖的寬度受電容方波脈沖的寬度受電容C1C1、C2C2調(diào)

36、制。當(dāng)調(diào)制。當(dāng)C1=C2C1=C2時，各點的電壓波形如下圖時，各點的電壓波形如下圖 (a)(a)所示，所示，Q Q和和 兩兩端電平的脈沖寬度相等，兩端間的平均電壓為端電平的脈沖寬度相等，兩端間的平均電壓為零。當(dāng)零。當(dāng)C1C1C2C2時，各點的電壓波形如下圖時，各點的電壓波形如下圖(b)(b)所所示，示，Q Q、 兩端間的平均電壓（經(jīng)一個低通濾波兩端間的平均電壓（經(jīng)一個低通濾波器）為：器）為： QQQ120112TTUUTT4.4 電容式傳感器的測量電路 上式中：上式中：T T1 1和和T T2 2分別為分別為 端和端和 端輸端輸出方波脈沖的寬度，亦即出方波脈沖的寬度，亦即C C1 1和和C C

37、2 2的充的充電時間。電時間。（a） （b）圖圖4-16 各點各點電壓電壓波形波形圖圖QQ4.4 電容式傳感器的測量電路u根據(jù)電路知識可求出根據(jù)電路知識可求出u將這兩個式子代入上式，可得將這兩個式子代入上式，可得u當(dāng)該電路用于差動式變極距型電容當(dāng)該電路用于差動式變極距型電容傳感器時，由上式有：傳感器時，由上式有：11111lnrUTRCUU12221lnrUTR CUU120112CCUUCC010dUUd4.4 電容式傳感器的測量電路u這種電路只采用直流電源，無需振這種電路只采用直流電源，無需振蕩器，要求直流電源的電壓穩(wěn)定度較蕩器，要求直流電源的電壓穩(wěn)定度較高，但比高穩(wěn)定度的穩(wěn)頻穩(wěn)幅交流電高

38、，但比高穩(wěn)定度的穩(wěn)頻穩(wěn)幅交流電源易于做到。源易于做到。u用于差動式變面積型電容傳感器時用于差動式變面積型電容傳感器時有：有：u這種電路不需要載頻和附加解調(diào)線路，無波形這種電路不需要載頻和附加解調(diào)線路，無波形和相移失真；輸出信號只需要通過低通濾波器和相移失真；輸出信號只需要通過低通濾波器引出；直流信號的極性取決于引出；直流信號的極性取決于C1C1和和C2C2；對變極；對變極距和變面積的電容傳感器均可獲得線性輸出。距和變面積的電容傳感器均可獲得線性輸出。這種脈寬調(diào)制線路也便于與傳感器做在一起，這種脈寬調(diào)制線路也便于與傳感器做在一起，從而使傳輸誤差和干擾大大減小。從而使傳輸誤差和干擾大大減小。01A

39、UUA4.4 電容式傳感器的測量電路 (5) (5)調(diào)頻測量電路調(diào)頻測量電路u調(diào)頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振調(diào)頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化回路的一部分。當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。時，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。u雖然可將頻率作為測量系統(tǒng)的輸出量，用以判雖然可將頻率作為測量系統(tǒng)的輸出量，用以判斷被測非電量的大小，但此時系統(tǒng)是非線性的，斷被測非電量的大小，但此時系統(tǒng)是非線性的，不易校正，因此加入鑒頻器，用此鑒頻器可調(diào)不易校正，因此加入鑒頻器，用此鑒頻器可調(diào)整地非線性特性去補償其他部分的非線性，并整地非線性特

40、性去補償其他部分的非線性，并將頻率的變化轉(zhuǎn)換為振幅的變化，經(jīng)過放大就將頻率的變化轉(zhuǎn)換為振幅的變化，經(jīng)過放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來?？梢杂脙x器指示或記錄儀記錄下來。u調(diào)頻測量電路原理框圖如下圖調(diào)頻測量電路原理框圖如下圖 所示，所示，CxCx為電容為電容變換器。變換器。4.4 電容式傳感器的測量電路u圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為式中：式中：L L0 0振蕩回路的電感；振蕩回路的電感；C C 振蕩回路的總電振蕩回路的總電容，容， 。其中，。其中，C C1 1為振蕩為振蕩回路固有電容；回路固有電容；C C2 2為傳感器引線分布電為傳感器引線分布電容；容；而而 為傳感器

41、的電容。為傳感器的電容。 圖圖4-12 調(diào)頻調(diào)頻式式測測量量電電路原理框路原理框圖圖12012 ()fL C12xCCCC0 xCCC4.4 電容式傳感器的測量電路u當(dāng)被測信號為當(dāng)被測信號為0 0時，時，C =0C =0，則，則 ，所以振，所以振蕩器有一個固有頻率蕩器有一個固有頻率 ：u當(dāng)被測信號不為當(dāng)被測信號不為0 0時，時，C0C0，振蕩器頻率有相應(yīng)變化，振蕩器頻率有相應(yīng)變化，此時頻率為：此時頻率為：u調(diào)頻電容傳感器測量電路具有較高靈敏度，可以測至調(diào)頻電容傳感器測量電路具有較高靈敏度，可以測至0.01 m0.01 m級位移變化量。信號輸出易于用數(shù)字儀器測量和級位移變化量。信號輸出易于用數(shù)字

42、儀器測量和與計算機通訊，抗干擾能力強，可以發(fā)送、接收以實現(xiàn)與計算機通訊，抗干擾能力強，可以發(fā)送、接收以實現(xiàn)遙測遙控。遙測遙控。120CCCC012120012 ()fCCC L012120012 ()fffCCCC L4.5 電容式傳感器的應(yīng)用 電容式傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單，可以不用有機材電容式傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單，可以不用有機材料和磁性材料構(gòu)成，所以它可以在溫度變化大、料和磁性材料構(gòu)成，所以它可以在溫度變化大、有各種輻射等惡劣環(huán)境下工作。有各種輻射等惡劣環(huán)境下工作。u電容式傳感器可以制成非接觸式測量器，響應(yīng)電容式傳感器可以制成非接觸式測量器，響應(yīng)時間短，適合于在線和動態(tài)測量。時間短，適合于在線和動

43、態(tài)測量。u電容式傳感器具有高靈敏度，且其極間的相互電容式傳感器具有高靈敏度，且其極間的相互吸引力十分微小，從而保證了較高的測量精度。吸引力十分微小，從而保證了較高的測量精度。u近年來電容式傳感器被廣泛地應(yīng)用在厚度、位近年來電容式傳感器被廣泛地應(yīng)用在厚度、位移、壓力、密度、物位等物理量的測量中。下移、壓力、密度、物位等物理量的測量中。下面簡單介紹幾種電容式傳感器的應(yīng)用。面簡單介紹幾種電容式傳感器的應(yīng)用。4.5 電容式傳感器的應(yīng)用 數(shù)字濕度計數(shù)字濕度計u常用的濕敏元件有阻抗式濕敏元件和電容濕敏元件。前常用的濕敏元件有阻抗式濕敏元件和電容濕敏元件。前者的阻抗與濕度曲線呈現(xiàn)非線性；后者的電容與濕度曲者

44、的阻抗與濕度曲線呈現(xiàn)非線性；后者的電容與濕度曲線基本呈線性關(guān)系。線基本呈線性關(guān)系。u濕度的檢測廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技、生活等濕度的檢測廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技、生活等各個領(lǐng)域。濕度的測量一般用濕敏元件。各個領(lǐng)域。濕度的測量一般用濕敏元件。u下面介紹下面介紹MC-2MC-2型電容濕敏元件的應(yīng)用，其基本原理是型電容濕敏元件的應(yīng)用，其基本原理是相對濕度的變化影響到聚合物的介電常數(shù)，從而改變了相對濕度的變化影響到聚合物的介電常數(shù)，從而改變了傳感器的電容值。傳感器的電容值。u傳感器測量電路包括自激多諧振蕩器、脈寬調(diào)制電路、傳感器測量電路包括自激多諧振蕩器、脈寬調(diào)制電路、頻率頻率/ /電壓轉(zhuǎn)

45、換器電路電壓轉(zhuǎn)換器電路F/VF/V和和A/DA/D轉(zhuǎn)換器。如下圖所示。轉(zhuǎn)換器。如下圖所示。4.5 電容式傳感器的應(yīng)用圖圖4-18 4-18 數(shù)字濕度計電路數(shù)字濕度計電路R912kRp210k-9VICM7555CONTV5OUT3DISCH7V+8GND1RESET4TRIG2THOLD6ICM7555CONTV5OUT3DISCH7V+8GND1RESET4TRIG2THOLD6+9VR1100kR210kC1200p0R375kC20.1uCmc數(shù)碼管R410M0-+ICL7611326748R6R512kRp1100.1u130kR7R81MICL7106IN+31IN-30REF-35

46、REF+36COM32V+1V-26R10110k0.01u 差動式電容測厚傳感器差動式電容測厚傳感器u下圖所示為頻率型差動式電容測厚下圖所示為頻率型差動式電容測厚傳感器系統(tǒng)組成框圖。傳感器系統(tǒng)組成框圖。 （a） （b） 圖圖4-19 頻頻率型差率型差動動式式電電容式容式電電容容測測厚厚傳傳感器原理框感器原理框圖圖4.5 電容式傳感器的應(yīng)用u 將被測電容將被測電容C1C1、C2C2作為各變換振蕩器的回路電容，振作為各變換振蕩器的回路電容，振蕩器的其它參數(shù)為固定值，等效電路如圖（蕩器的其它參數(shù)為固定值，等效電路如圖（b b）所示，）所示，圖中圖中C0C0為耦合和寄生電容，振蕩頻率為耦合和寄生電容

47、，振蕩頻率f f為為式中：式中： 極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)；極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)；A A 極板面積；極板面積；d dx x極板間距離；極板間距離；C Cx x待測電容器的電容量。待測電容器的電容量。12012 ()xfL CC3.6rxxACdru所以：所以：u設(shè)兩傳感器極板間距離固定為設(shè)兩傳感器極板間距離固定為d0d0，若在同一時間分別測，若在同一時間分別測得上、下極板與金屬板材上、下表面距離為得上、下極板與金屬板材上、下表面距離為 dx1dx1、dx2dx2，則被測金屬板材厚度則被測金屬板材厚度 。u可見，振蕩頻率包含了電容傳感器的間距可見，振蕩頻率包含了電容傳感器的間距dxdx的信息

48、。各的信息。各頻率值通過取樣計數(shù)器獲得數(shù)字量，消除非線性頻率變頻率值通過取樣計數(shù)器獲得數(shù)字量，消除非線性頻率變換產(chǎn)生的誤差，即可獲得板材厚度。換產(chǎn)生的誤差，即可獲得板材厚度。2211220143.61 4rxALfdLc f2212220143.61 4rxALfdLc f012()xxddd4.5 電容式傳感器的應(yīng)用 電容式料位傳感器電容式料位傳感器u下圖是電容式料位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。下圖是電容式料位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。測定電極安裝在罐的頂部，這樣在罐測定電極安裝在罐的頂部，這樣在罐壁和測定電極之間就形成了一個電容壁和測定電極之間就形成了一個電容器。器。圖圖4-20 電電容式料位容式料位傳傳感

49、器感器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意示意圖圖4.5 電容式傳感器的應(yīng)用檢測出這種電容量的變化就可測定檢測出這種電容量的變化就可測定物料在罐內(nèi)的高度。物料在罐內(nèi)的高度。 傳感器的靜電傳感器的靜電電容可由下式表示：電容可由下式表示：u 式中：式中：k k 比例常數(shù)；比例常數(shù)； 被測物料的相對介電常數(shù)；被測物料的相對介電常數(shù)； 空氣的相對介電常數(shù)；空氣的相對介電常數(shù)；DD儲罐的內(nèi)徑；儲罐的內(nèi)徑；d d 測定電極的直徑；測定電極的直徑；h h 被測物料的高度。被測物料的高度。0()ClnskhDds04.5 電容式傳感器的應(yīng)用u假定罐內(nèi)沒有物料時的傳感器靜電假定罐內(nèi)沒有物料時的傳感器靜電電容為電容為 ，放入物料后傳感器

50、靜電電，放入物料后傳感器靜電電容為容為 ，則兩者電容差為，則兩者電容差為u 由上式可見，兩種介質(zhì)常數(shù)差別越由上式可見，兩種介質(zhì)常數(shù)差別越大，極徑大，極徑D D與與d d相差愈小，傳感器靈相差愈小，傳感器靈敏度就愈高。敏度就愈高。10CCC0C1C電容式液位限位傳感器 液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而是給出開關(guān)量。當(dāng)液位到達設(shè)定值時，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號。液位限位傳感器的設(shè)定 智能化液位傳感器的設(shè)定方法：用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液位達到設(shè)定值時，放開按鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時，當(dāng)水位高于該點后，即可發(fā)出報警信號和控制信號。設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕

51、智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕超限燈超限燈正常工作指正常工作指示燈示燈設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕電源指示燈電源指示燈2、加速度傳感器 圖示加速度傳感器以微細加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測量交變加速度（振動），也可測量慣性力或重力加速度。其工作電壓為2.75.25V，加速度測量范圍為數(shù)個g，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的PWM 脈沖。 兩個固定極板（與殼體絕緣），中間有一用彈簧片支撐的質(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（與殼體電連接）。 當(dāng)傳感器殼體隨被測對象在垂直方向上作直線加速運動時，質(zhì)量塊在慣性空間中相對靜止，而兩個固定電極將相對質(zhì)量塊在垂直方向上產(chǎn)生大小正比于被測

52、加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化，一個增加，一個減小，從而使C1、C2產(chǎn)生大小相等，符號相反的增量，此增量正比于被測加速度。差動式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)差動式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)(1)加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測得的負加速度值超過設(shè)定值時，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰 撞，于是就啟動轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 裝有傳感器的假裝有傳感器的假人人氣囊氣囊汽車氣囊的保護作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 (2)利用加速度傳感器實現(xiàn)延時起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置

53、傳感器安裝位置 引申小知識 大家都用過收音機。當(dāng)你搜尋電臺時有沒有想過，收音機是依靠什么元器件來調(diào)諧電臺的呢？如果打開收音機的后蓋，就可以看到與調(diào)諧旋鈕聯(lián)動的是一個旋轉(zhuǎn)式可變電容器。當(dāng)你順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)諧旋鈕時，變面積式可變電容器的動片就隨之轉(zhuǎn)動，改變了與定片之間的覆蓋面積A，電容量C也就越來越小，如圖所示，諧振頻率也隨之改變,從而可以從550kHz逐漸增加到1650kHz，就可以從一個電臺轉(zhuǎn)換到另一個電臺。在數(shù)字式收音機中，是用變?nèi)荻O管來調(diào)諧電臺的。 電容器在電子儀表中作為元器件來使用；在非電量電測中作為測量位移的傳感器來使用。電容傳感器的容量與投影面積的關(guān)系演示電容傳感器的容量與投影面積的關(guān)

54、系演示 電容式傳感器的應(yīng)用油量測量 右圖其原理圖，利用了圓柱型電容傳感器。其電容為： C=C1+C2 當(dāng)燃油增大，h2增大，C也增大，即傳感器的電容增大；燃油減少，h2減少，C也減小，即傳感器的電容減少。這樣傳感器就把油量的變化轉(zhuǎn)換為電容的變化，通過測量電容的大小就能知道油量的多少。濕度測量 濕敏電容一般是用高分濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的。子薄膜電容制成的。 當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。量與相對濕度成正比。濕敏電容的主要優(yōu)點是濕敏

55、電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產(chǎn)品互換性靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便于制造、的滯后量小、便于制造、容易實現(xiàn)小型化和集成容易實現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。電阻要低一些。HM1500濕度傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進行測量及控制進行測量及控制。1234567891011121314151234567 89 10 1112 13 14AC220VDC24V+-或16KLKH-HKL-LKH 完成標定，物位開

56、關(guān)會自動轉(zhuǎn)入運行狀態(tài)，“運行/標定狀態(tài)指示燈”亮。當(dāng)物位變化時，相應(yīng)的輸出指示燈會亮/熄，相應(yīng)繼電器會吸合/釋放。現(xiàn)場安裝好，確認開關(guān)外殼接地良好，選好高高，高，低，低 低輸出動作點上電預(yù)熱40分鐘按下“ 空倉+清除”鍵至“空倉標 定指示燈”閃亮；再按下“清除+滿倉”鍵至“滿倉標定指示燈”閃亮先空倉標定先滿倉標定 確認是空倉或物位升至認為是0%的位置，按下“空倉鍵”至“空倉標定 指示燈”由閃亮變成長亮，便完成空倉標定 加料至滿倉（即物位100%處），按下“滿倉鍵”至“滿 倉標定指示燈”由閃亮變成長亮，便完成 滿倉標定 加料至滿倉（即物位100%處），按下“滿倉鍵”至“滿倉標定指示 燈”由閃亮變

57、成長亮，便完成全部標定 出料至空倉或物位降至認為是0%的位置，按下“空倉鍵”至 “空倉標定指示燈”由閃亮變成長亮，便 完成全部標定超聲波的波型分類 超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。振動方向和波振動方向和波的傳播方向一的傳播方向一致。能在固體、致。能在固體、液體和氣體中液體和氣體中傳播。傳播。振動方向和波振動方向和波的傳播方向垂的傳播方向垂直。只能在固直。只能在固體中傳播。體中傳播。超聲波的種類超聲波的發(fā)射方式不同，造成了超聲波種類的不同，大致上可分為五類，如圖所示，圖（a）的縱波（Longitudinal Wave）又稱壓縮波（Compression Wave）， 介質(zhì)粒子

58、的振動與波的進行方向一致，專供強力超聲波的運用。 圖(b)為縱波，比起圖(a)的縱波，波速慢了許多，主要是因為此類縱波是在直徑較小的棒中傳輸。圖(c)為橫波（Transverse Wave）又稱剪斷波（Shear Wave，S波）介質(zhì)粒子的振動與垂直波的進行方向一致，常用于超聲波探勘計等的計測。 圖(d)為表面波（Surface Wave）又稱 Rayleigh 。 圖（e）為彎曲波（Flexural Wave， Bending Wave），在沿波進行方向的中心線上介質(zhì)粒子進行橫振動，接近介質(zhì)表面的粒子進行壓縮、伸張運動。振蕩表示：表面波 質(zhì)點的振動介于橫波與縱波之間，沿著表面?zhèn)鞑サ牟?。表面?/p>

59、隨深度增加衰減很快。表面波振動軌跡是橢圓型，在固體表面?zhèn)鞑ァ?超聲波的反射和折射 在兩界面處，聲波的傳輸與光傳輸類似，符合反射定律和折射定律。 超聲波的頻率越高，特性越與光波相似。超聲波的衰減 聲波在同一介質(zhì)中傳播時, 隨著傳播距離的增加, 能量逐漸衰減, 其衰減的程度與波的頻率和介質(zhì)密度有關(guān)。 例，在氣體密度很小，超聲波在氣體中傳播很快衰減。 超聲波傳感器超聲波傳感器 超聲波傳感器又可稱為超聲波換能器、探測器。 超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。式等，其中以壓電式最為常用。 壓電式超聲波探頭壓電

60、式超聲波探頭：它是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭； 而正壓電效應(yīng)是將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接收探頭。電致伸縮效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)（逆壓電效應(yīng)）逆壓電效應(yīng)）： 壓電效應(yīng)是可逆的，當(dāng)在壓電元件上沿著電軸壓電效應(yīng)是可逆的，當(dāng)在壓電元件上沿著電軸X的方的方向施加電場，壓電元件將產(chǎn)生機械變形。如果外加電場的向施加電場，壓電元件將產(chǎn)生機械變形。如果外加電場的大小、方向發(fā)生變化，壓電元件的機械變形的大小、方向大小、方向發(fā)生變化，壓電元件的機械變形的大小、方向也隨之相應(yīng)變化，這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)。也隨之相應(yīng)變化，這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)?？梢韵?/p>