電容式檢測(cè)元件

1、2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 12.檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件第4節(jié) 電容式檢測(cè)元件2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 2什么是電容器？什么是電容器？ 電容器由兩個(gè)用介質(zhì)（固體、液電容器由兩個(gè)用介質(zhì)（固體、液體或氣體）或真空隔開的電導(dǎo)體體或氣體）或真空隔開的電導(dǎo)體構(gòu)成。構(gòu)成。QCV第4節(jié) 電容式檢測(cè)元件*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 3 概念概念: :電容式檢測(cè)元件可以將某些物理量的變化轉(zhuǎn)電容式檢測(cè)元件可以將某些物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓?。變?yōu)殡娙萘康淖兓?優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)：測(cè)量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、易實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、易實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量非接觸測(cè)量等。

2、等。 由于材料、工藝，特別是測(cè)量電路及半導(dǎo)體集成由于材料、工藝，特別是測(cè)量電路及半導(dǎo)體集成技術(shù)等方面已達(dá)到了相當(dāng)高的水平，因此寄生電技術(shù)等方面已達(dá)到了相當(dāng)高的水平，因此寄生電容的影響得到較好地解決，使電容式傳感器的優(yōu)容的影響得到較好地解決，使電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。點(diǎn)得以充分發(fā)揮。 應(yīng)用應(yīng)用：用于測(cè)量壓力、位移、厚度、加速度、液：用于測(cè)量壓力、位移、厚度、加速度、液位、物位、濕度和成分含量等。位、物位、濕度和成分含量等。*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 42.4.1 電容檢測(cè)元件的工作原理電容檢測(cè)元件的工作原理 電容檢測(cè)元件實(shí)際上是各種類型的電容檢測(cè)元件實(shí)際上是各種類型的可變電可變電容器容器，

3、它能將被測(cè)量的改變轉(zhuǎn)換為電容量，它能將被測(cè)量的改變轉(zhuǎn)換為電容量的變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成電壓、電流、頻率等的變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成電壓、電流、頻率等電信號(hào)。電信號(hào)。 按照極板形狀按照極板形狀，電容檢測(cè)元件分為，電容檢測(cè)元件分為平板平板和和圓筒形圓筒形。*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 5平板型電容器平板型電容器當(dāng)忽略該電容器的邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容量當(dāng)忽略該電容器的邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容量C為為 A極板相對(duì)覆蓋面積；極板相對(duì)覆蓋面積； d極板間距離；極板間距離； r介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù),空氣的空氣的r =1； 0 真空介電常數(shù)，真空介電常數(shù)，0 8.85pF/m； 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。電容極板

4、間介質(zhì)的介電常數(shù)。dAC/dAr/0 A d*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 6圓柱式線位移電容器圓柱式線位移電容器 在不計(jì)邊緣效應(yīng)影響時(shí)，在不計(jì)邊緣效應(yīng)影響時(shí)， 圓柱式的電容器的電容量為圓柱式的電容器的電容量為 式中式中,l 外圓柱筒與內(nèi)圓柱外圓柱筒與內(nèi)圓柱重疊重疊部分長(zhǎng)度（高度）部分長(zhǎng)度（高度）； R外外圓柱圓柱內(nèi)徑內(nèi)徑； r 內(nèi)內(nèi)圓柱圓柱外徑外徑。線性關(guān)系線性關(guān)系02lnrlCRr *2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 7當(dāng)被測(cè)參數(shù)當(dāng)被測(cè)參數(shù)A A（l l）,或或d d發(fā)生變化時(shí)發(fā)生變化時(shí), , 電容量電容量C C也隨也隨之變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變之變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變, , 而僅改變其中而

5、僅改變其中一個(gè)參數(shù)一個(gè)參數(shù), , 就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化, , 通過測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。通過測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此因此, , 電容式傳感器可分為電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變變極距型、變面積型和變介質(zhì)型介質(zhì)型三種類型。三種類型。改變平行極板間距改變平行極板間距d d的電容式傳感器可以測(cè)量微米數(shù)的電容式傳感器可以測(cè)量微米數(shù)量級(jí)的位移、壓力，量級(jí)的位移、壓力，變化面積的電容式傳感器則適用于測(cè)量厘米數(shù)量級(jí)的變化面積的電容式傳感器則適用于測(cè)量厘米數(shù)量級(jí)的位移，位移，變介電常數(shù)的電容式傳感器適用于液面、厚度的測(cè)量。變介電常數(shù)的

6、電容式傳感器適用于液面、厚度的測(cè)量。dAC/dAr/002lnrlCRr *2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 8變極距變極距(d)(d)型型: (a): (a)、(e) (e) 變面積型變面積型(S)(S)型型: (b): (b)、(c)(c)、(d)(d)、(f)(f)、(g) (g) （h h） 變介電常數(shù)變介電常數(shù)()()型型: :（i i）(l) (l) *2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 91.1.變極距（間距）型電容傳感器變極距（間距）型電容傳感器 1 11 2 2 23 d d d d 0 d0 ddCC0 Cs定極定極板板動(dòng)極動(dòng)極板板2.4.2 電容元件的結(jié)構(gòu)和特性電容元件的結(jié)構(gòu)和特性*2 檢測(cè)技

7、術(shù)與檢測(cè)元件 10變極距（間隙）式電容傳感器變極距（間隙）式電容傳感器*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 11極板面積為極板面積為A，初始距離為，初始距離為d0，以空氣為介質(zhì)，以空氣為介質(zhì)（ r=1），電容器的電容為），電容器的電容為若電容器極板距離初始值若電容器極板距離初始值 d0減小減小 d，其電容量增加，其電容量增加 C，即，即由上式，電容的相對(duì)變化量為由上式，電容的相對(duì)變化量為(上式兩側(cè)同時(shí)除以上式兩側(cè)同時(shí)除以C0) 000dAC0000011ddCddACCC0001ddddCC（1 1）靈敏度分析）靈敏度分析非線性關(guān)系非線性關(guān)系A(chǔ)*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 12 ，按冪級(jí)數(shù)展開得按冪級(jí)數(shù)展開得

8、 略去非線性項(xiàng)（高次項(xiàng)），則得近似的線性關(guān)系式略去非線性項(xiàng)（高次項(xiàng)），則得近似的線性關(guān)系式 電容傳感器的靈敏度為電容傳感器的靈敏度為減小極間距，利于提高靈敏度。減小極間距，利于提高靈敏度。物理意義物理意義：?jiǎn)挝晃灰埔鸬碾娙萘康模ㄏ鄬?duì)）變化量的大小。：?jiǎn)挝晃灰埔鸬碾娙萘康模ㄏ鄬?duì)）變化量的大小。 1/0dd 30200001ddddddddCC00ddCC00001/KddCCKdCdC或*0001ddddCC2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 13略去高次項(xiàng)（非線性項(xiàng)）引起的略去高次項(xiàng)（非線性項(xiàng)）引起的相對(duì)非線性誤差相對(duì)非線性誤差為為 可見極間距越小，利于可見極間距越小，利于提高靈敏度提高靈敏度，但是，

9、但是非線性誤差非線性誤差增加增加矛盾矛盾。且。且d d0 0過小時(shí)，容易引起電容器擊穿。過小時(shí)，容易引起電容器擊穿。 在實(shí)際應(yīng)用中，為提高靈敏度，減小非線性，大都采在實(shí)際應(yīng)用中，為提高靈敏度，減小非線性，大都采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。 改善擊穿條件的辦法是在極板間放置改善擊穿條件的辦法是在極板間放置高介電常數(shù)材料高介電常數(shù)材料云母片等介電材料。云母片等介電材料。001ddCCK%100003020 ddddddddCCC 30200001ddddddddCC00ddCC（2）相對(duì)非線性誤差）相對(duì)非線性誤差*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 14 （3 3）差動(dòng)變間隙式電容傳感器）差動(dòng)變間隙式電容傳感器

10、在差動(dòng)式電容傳感器中，其中電容器在差動(dòng)式電容傳感器中，其中電容器C C1 1的電容隨位移的電容隨位移d d 的減小而增大時(shí)，另一個(gè)電容器的減小而增大時(shí)，另一個(gè)電容器C C2 2的電容則隨著的電容則隨著d d的增大而減小。的增大而減小。 10011ccdd00211ddcc目的目的v靈敏度提高一倍靈敏度提高一倍v減小非線性減小非線性*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 15它們的特性方程分別為它們的特性方程分別為總的電容變化量總的電容變化量電容的相對(duì)變化量為電容的相對(duì)變化量為略去高次項(xiàng)略去高次項(xiàng), ,近似成線性關(guān)系近似成線性關(guān)系差動(dòng)電容式傳感器的靈敏系數(shù)為：差動(dòng)電容式傳感器的靈敏系數(shù)為：30200011dd

11、ddddCC30200021ddddddCC30002122ddddCCCC 40200012ddddddCC002ddCCa）差動(dòng)結(jié)構(gòu)）差動(dòng)結(jié)構(gòu)靈敏度靈敏度分析分析000022ddCCKdCdCKCC或v結(jié)論：靈敏度結(jié)論：靈敏度提高一倍！提高一倍！*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 16 差動(dòng)電容式傳感器的相對(duì)差動(dòng)電容式傳感器的相對(duì)非線性誤差非線性誤差近似為近似為 結(jié)論：結(jié)論： 差動(dòng)式比單極式靈敏度提高一倍，且非差動(dòng)式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。線性誤差大為減小。 由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差?；斐傻恼`差。%1

12、00222220030040200 ddddddddddddddCCC002ddCC 40200012ddddddCCv非線性誤差減小非線性誤差減小b）差動(dòng)結(jié)構(gòu)）差動(dòng)結(jié)構(gòu)非線性誤差非線性誤差分析分析*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 17 1 1 211 2 223(a)(b)(c)(d)常用的有角位移型和線位移型兩種。常用的有角位移型和線位移型兩種。與變間隙型相比，適用于較大角位移及直線位移的測(cè)量。與變間隙型相比，適用于較大角位移及直線位移的測(cè)量。一般情況下，變面積型電容式傳感器常做成圓柱形。一般情況下，變面積型電容式傳感器常做成圓柱形。*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 18板狀線位移變面積型板狀線位移變面積

13、型*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 19（1 1）板狀板狀線位移式電容傳感器線位移式電容傳感器 極板起始覆蓋面積為極板起始覆蓋面積為A A = = a ab b，沿活動(dòng)極板寬度，沿活動(dòng)極板寬度方向移動(dòng)方向移動(dòng)a a，則改變了兩極板間覆蓋的面積，忽，則改變了兩極板間覆蓋的面積，忽略邊緣效應(yīng)，改變后的電容量為略邊緣效應(yīng)，改變后的電容量為 電容的變化量為電容的變化量為 靈敏度為靈敏度為adbCdaabC0)(aaCadbCCC00aaCCKaCaCK1/0C0C或線性關(guān)系線性關(guān)系常數(shù)常數(shù)*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 20靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)K KC C為常數(shù)，可見為常數(shù)，可見減小極板寬度減小極板寬度a a可提高

14、可提高靈敏度；靈敏度；極板的起始覆蓋長(zhǎng)度極板的起始覆蓋長(zhǎng)度b b與靈敏度系數(shù)與靈敏度系數(shù)K KC C無(wú)關(guān)。但無(wú)關(guān)。但b b不能太小，必須保證不能太小，必須保證b bd d( (極距極距) )，否則邊緣處，否則邊緣處不均勻電場(chǎng)的影響將增大。不均勻電場(chǎng)的影響將增大。平板式極板作線位移最大不足之處是平板式極板作線位移最大不足之處是對(duì)移動(dòng)極板對(duì)移動(dòng)極板的平行度要求高的平行度要求高，稍有傾斜會(huì)導(dǎo)致極距，稍有傾斜會(huì)導(dǎo)致極距d d變化，影變化，影響測(cè)量精度。響測(cè)量精度。因此在一般的情況下，變面積式的電容傳感器常因此在一般的情況下，變面積式的電容傳感器常作成圓柱式的。作成圓柱式的。aaCCK1/0C*2 檢測(cè)

15、技術(shù)與檢測(cè)元件 21同心圓筒形線位移電容式傳感器同心圓筒形線位移電容式傳感器*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 22 （2）圓柱式線位移電容傳感器圓柱式線位移電容傳感器 在不計(jì)邊緣效應(yīng)影響時(shí)，在不計(jì)邊緣效應(yīng)影響時(shí)， 圓柱式的電容器的電容量為圓柱式的電容器的電容量為 式中式中l(wèi) 外圓柱筒與內(nèi)圓柱外圓柱筒與內(nèi)圓柱重疊部分長(zhǎng)度（高度）重疊部分長(zhǎng)度（高度）； r2外外圓柱圓柱內(nèi)徑內(nèi)徑； r1內(nèi)內(nèi)圓柱圓柱外徑外徑。12ln2rrlC線性關(guān)系線性關(guān)系*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 23 動(dòng)極（圓柱）沿軸線移動(dòng)動(dòng)極（圓柱）沿軸線移動(dòng) l時(shí)，電容的變化量為時(shí)，電容的變化量為 若采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)極向上移動(dòng)若采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)極向

16、上移動(dòng)l，則上面部分的電容量，則上面部分的電容量Ca增加，下面部分的電容量增加，下面部分的電容量Cb減少，使輸出為差動(dòng)形式，有減少，使輸出為差動(dòng)形式，有 llCC1K靈敏度llCrrlC)/ln(212llCrrllrrllCCC2)/ln()(2)/ln()(21212ballCC2K靈敏度常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)結(jié)論：結(jié)論：采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，電容變化量增加一倍，則采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，電容變化量增加一倍，則靈敏度也提高一倍靈敏度也提高一倍,且靈敏度為常數(shù)。且靈敏度為常數(shù)。*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 24角位移變面積型角位移變面積型*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 25 （3 3）角位移式電容傳感器）角位移式電容傳感

17、器 設(shè)兩半圓極板重合時(shí)，電容量為設(shè)兩半圓極板重合時(shí)，電容量為 動(dòng)極動(dòng)極2 2轉(zhuǎn)過角，電容量變?yōu)檗D(zhuǎn)過角，電容量變?yōu)?則電容變化量為則電容變化量為 則靈敏度系數(shù)為則靈敏度系數(shù)為drdSC220002)/1 (2)(CCdSdrC00CCCC1/0CCCK線性關(guān)系線性關(guān)系常數(shù)常數(shù)*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 26 綜合上述分析，變面積式電容傳感綜合上述分析，變面積式電容傳感器不論被測(cè)量是線位移還是角位移，器不論被測(cè)量是線位移還是角位移，位移與輸出電容都為線性關(guān)系（忽略位移與輸出電容都為線性關(guān)系（忽略邊緣效應(yīng)），傳感器靈敏系數(shù)為常數(shù)。邊緣效應(yīng)），傳感器靈敏系數(shù)為常數(shù)。*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 273.變介

18、電常數(shù)電容傳感器變介電常數(shù)電容傳感器*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 28v這種傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度這種傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度( (圖圖a a) )、位、位移移( (圖圖b b) )、液位、液位( (圖圖c c) )。v( (圖圖d d) )根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來測(cè)量溫度、濕度、容量等。容量改變而改變來測(cè)量溫度、濕度、容量等。3.變介電常數(shù)電容傳感器變介電常數(shù)電容傳感器1）常見結(jié)構(gòu)*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 29 厚度為厚度為d2的介質(zhì)（介電常數(shù)為的介質(zhì)（介電常數(shù)為 2）在電容器中移動(dòng)時(shí)，）在電容器中移動(dòng)時(shí)，電容器中

19、介質(zhì)的介電常數(shù)（總值）改變使電容量改電容器中介質(zhì)的介電常數(shù)（總值）改變使電容量改變，于是可用來變，于是可用來測(cè)量位移測(cè)量位移x。 如圖有如圖有 ， ，無(wú)介質(zhì)，無(wú)介質(zhì) 2即即x=0時(shí)，有時(shí)，有BACCC21ddd d1 x l CACB x d22211AddbxC1B/1)(dxlbCdblC/10當(dāng)介質(zhì)當(dāng)介質(zhì) 2移進(jìn)移進(jìn)電容器中電容器中x長(zhǎng)長(zhǎng)度時(shí)，有度時(shí)，有2)電容計(jì)算*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 30 設(shè)式中設(shè)式中 則有則有 結(jié)論：結(jié)論：電容量電容量C與位移量與位移量x成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 上述結(jié)論均忽略了邊緣效應(yīng)。實(shí)際上，由于邊緣效應(yīng)，上述結(jié)論均忽略了邊緣效應(yīng)。實(shí)際上，由于邊緣效應(yīng)，將有

20、非線性，并使靈敏度下降。將有非線性，并使靈敏度下降。xdddlCCdddlxdCCdddbxdblC1111221100122120012211111211ddlAAxCC102211AddbxC1B/1)(dxlbCdblC/10*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 313 3）變介電常數(shù)式電容傳感器圖片）變介電常數(shù)式電容傳感器圖片*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 324 4）應(yīng)用：）應(yīng)用：變介電常數(shù)式電容傳感器變介電常數(shù)式電容傳感器電容式液位計(jì)電容式液位計(jì)n圓筒式液位傳感器如下圖，容器中液體不導(dǎo)電（若圓筒式液位傳感器如下圖，容器中液體不導(dǎo)電（若是，則電極要絕緣），若忽略邊緣效應(yīng)，確定傳感器是，則電極要絕緣），

21、若忽略邊緣效應(yīng)，確定傳感器的電容量的電容量C C與被測(cè)液位高度與被測(cè)液位高度h hx x的關(guān)系。的關(guān)系。 C1CC2h1液位傳感器液位傳感器h2r12r2hx12*等效電路：2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 334 4）應(yīng)用：）應(yīng)用：變介電常數(shù)式電容傳感器變介電常數(shù)式電容傳感器電容式液位計(jì)電容式液位計(jì)C1CC2xxxxKhArrhrrhrrhrrhhCCC)/ln()(2)/ln(2)/ln(2)/ln()(2122112212112221結(jié)論：結(jié)論：傳感器電容量傳感器電容量C C與被測(cè)液位高度與被測(cè)液位高度h hx x成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。 )/ln(2122rrhA)/ln()(21221rrK0

22、)/ln(2122minxhrrChhrrCx)/ln(2121maxh1液位傳感器液位傳感器h2r12r2hx12*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 342.4.42.4.4電容式檢測(cè)元件的應(yīng)用電容式檢測(cè)元件的應(yīng)用 電容式傳感器不但應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、電容式傳感器不但應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度、荷重等機(jī)械量的測(cè)量，也廣泛應(yīng)用于壓力、加速度、荷重等機(jī)械量的測(cè)量，也廣泛應(yīng)用于壓力、差壓力、液壓、料位、成分含量等熱工參數(shù)測(cè)量。差壓力、液壓、料位、成分含量等熱工參數(shù)測(cè)量。1.1.電容式壓力（差壓）傳感器電容式壓力（差壓）傳感器實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：位移傳感器，位移傳感器，它利用彈性膜片在壓它利用彈性膜片在壓力下

23、變形所產(chǎn)生的位力下變形所產(chǎn)生的位移來改變傳感器的電移來改變傳感器的電容（此時(shí)膜片作為電容（此時(shí)膜片作為電容器的一個(gè)電極）。容器的一個(gè)電極）。*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 35* 過程壓力通過兩側(cè)或一過程壓力通過兩側(cè)或一側(cè)隔離膜片，灌充液作用在側(cè)隔離膜片，灌充液作用在敏感元件張緊的測(cè)量膜片上敏感元件張緊的測(cè)量膜片上, ,測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣體上的測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣體上的電容極板各組成一個(gè)電容器電容極板各組成一個(gè)電容器, ,在無(wú)壓力通入或兩側(cè)壓力均在無(wú)壓力通入或兩側(cè)壓力均等時(shí)測(cè)量膜片處于中間位置等時(shí)測(cè)量膜片處于中間位置, ,兩個(gè)電容器的電容量相等。兩個(gè)電容器的電容量相等。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)當(dāng)兩側(cè)壓力不一

24、致時(shí), ,致使測(cè)致使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移量膜片產(chǎn)生位移, ,其位移量和其位移量和壓力差成正比壓力差成正比, ,這種位移轉(zhuǎn)變這種位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輼O板上形成的差動(dòng)電為電容極板上形成的差動(dòng)電容。由電子線路把差動(dòng)電容容。由電子線路把差動(dòng)電容轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成4-20mADC4-20mADC的電流信號(hào)的電流信號(hào)。2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 36各種電容式差壓變送器外形各種電容式差壓變送器外形 高壓側(cè)高壓側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)氣口低壓側(cè)低壓側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)氣口電子電子線路線路位置位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 37各種電容式差壓變送各種電容式差壓變送器外形（續(xù)）器外形（續(xù)） 2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 38

25、各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） （參考（參考丹東長(zhǎng)丹東長(zhǎng)隆自控有限公隆自控有限公司司 資料）資料）法蘭法蘭2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 39各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） 2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 40差壓變送器差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：的壓力與液位成正比： p = g h電容差壓變送器用于測(cè)量液電容差壓變送器用于測(cè)量液體的液位體的液位 2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 41電容差壓變送器用于測(cè)量液電容差壓變送器用于測(cè)量液體的液位體的液位 投入式水位計(jì)投入式水位計(jì)2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 422 2 電容式加速度傳

26、感器電容式加速度傳感器特點(diǎn)特點(diǎn):頻率響應(yīng)快和量程范圍大頻率響應(yīng)快和量程范圍大, 大多采用空氣或其它氣大多采用空氣或其它氣體作阻尼物質(zhì)。體作阻尼物質(zhì)。原理：原理：當(dāng)傳感器殼體隨被測(cè)對(duì)象在垂直方向上作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)當(dāng)傳感器殼體隨被測(cè)對(duì)象在垂直方向上作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí), 質(zhì)量塊在慣性空間中相對(duì)靜止質(zhì)量塊在慣性空間中相對(duì)靜止, 而兩個(gè)固定電極將相對(duì)質(zhì)量塊在垂而兩個(gè)固定電極將相對(duì)質(zhì)量塊在垂直方向上產(chǎn)生大小正比于被測(cè)加速度的位移。此位移使兩電容的直方向上產(chǎn)生大小正比于被測(cè)加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化間隙發(fā)生變化, 一個(gè)增加一個(gè)增加, 一個(gè)減小一個(gè)減小, 從而使從而使C1、 C2產(chǎn)生大小相等產(chǎn)生

27、大小相等, 符號(hào)相反的增量符號(hào)相反的增量, 此增量正比于被測(cè)加速度。此增量正比于被測(cè)加速度。*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 43加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用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。加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)，當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)， 微處理器微處理器據(jù)此判斷據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)轎車前部的折疊式安全氣囊迅速發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)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。充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 裝有傳感裝有傳感器的假人器的假人氣囊氣囊

28、2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 44汽車氣囊的保護(hù)作用汽車氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 45汽車氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用汽車氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 46利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn) 延延時(shí)起爆的鉆地炸彈時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置傳感器安裝位置2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 47 3 3、電容式荷重傳感器、電容式荷重傳感器 原理：原理：當(dāng)圓孔受荷重變形時(shí)，電容值將改變，當(dāng)圓孔受荷重變形時(shí)，電容值將改變，在電路上各電容并聯(lián)，因此總電容增量將

29、正比于在電路上各電容并聯(lián)，因此總電容增量將正比于被測(cè)平均荷重被測(cè)平均荷重F F。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：測(cè)量誤差小、受接觸面影響??；采用高測(cè)量誤差小、受接觸面影響小；采用高頻振蕩電路為測(cè)量電路，把檢測(cè)、放大等電路置頻振蕩電路為測(cè)量電路，把檢測(cè)、放大等電路置于孔內(nèi)；利用直流供電，輸出也是直流信號(hào)；無(wú)于孔內(nèi)；利用直流供電，輸出也是直流信號(hào)；無(wú)感應(yīng)現(xiàn)象，工作可靠，溫度漂移可補(bǔ)償?shù)胶苄?。感?yīng)現(xiàn)象，工作可靠，溫度漂移可補(bǔ)償?shù)胶苄　?F*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 48 4 4、振動(dòng)、位移測(cè)量?jī)x、振動(dòng)、位移測(cè)量?jī)x DWYDWY3 3振動(dòng)、位移測(cè)量?jī)x是一種電容調(diào)頻原理的振動(dòng)、位移測(cè)量?jī)x是一種電容調(diào)頻原理的非非接觸式測(cè)量?jī)x

30、器接觸式測(cè)量?jī)x器，它既是測(cè)振儀，又是電子測(cè)微儀，主要，它既是測(cè)振儀，又是電子測(cè)微儀，主要用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度和振擺、往復(fù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度和振擺、往復(fù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和定位精度、機(jī)械構(gòu)件的相對(duì)振動(dòng)和相對(duì)變形、工件尺寸和定位精度、機(jī)械構(gòu)件的相對(duì)振動(dòng)和相對(duì)變形、工件尺寸和平直度等，以及用于某些特殊測(cè)量。是一種廣泛應(yīng)用的和平直度等，以及用于某些特殊測(cè)量。是一種廣泛應(yīng)用的通用性精密機(jī)械測(cè)試儀器。通用性精密機(jī)械測(cè)試儀器。 該測(cè)試儀器的傳感器是一片金屬板，做為固定極板，而以該測(cè)試儀器的傳感器是一片金屬板，做為固定極板，而以被測(cè)構(gòu)件為動(dòng)極組成電容器，測(cè)量原理如圖所示。被測(cè)構(gòu)件為動(dòng)極組成

31、電容器，測(cè)量原理如圖所示。 示波器 傳感器 記錄器 d0 DYW3旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度和振擺的旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度和振擺的測(cè)量原理測(cè)量原理*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 49位移測(cè)量 彎曲、波動(dòng)彎曲、波動(dòng)變形變形移動(dòng)、位移移動(dòng)、位移位置、膨脹位置、膨脹振動(dòng)、偏心振動(dòng)、偏心位置、膨脹位置、膨脹沖擊、變形沖擊、變形軸向竄動(dòng)軸向竄動(dòng)閥門位移閥門位移活塞移動(dòng)活塞移動(dòng) 厚度、輪廓厚度、輪廓偏心、直徑偏心、直徑同心度同心度壓縮機(jī)葉片壓縮機(jī)葉片間隙、轉(zhuǎn)速間隙、轉(zhuǎn)速*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 50原理：原理：變介質(zhì)型變介質(zhì)型 變極距型；變極距型；特點(diǎn)：特點(diǎn)：非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量應(yīng)用：應(yīng)用：紙張、絕緣薄膜等紙張、絕緣薄膜等5、電容測(cè)厚傳感器、電容測(cè)厚傳感器*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 516 6、電容式液位傳感器、電容式液位傳感器絕絕緣緣內(nèi)電極內(nèi)電極外電極外電極不導(dǎo)電液體不導(dǎo)電液體導(dǎo)電液體導(dǎo)電液體絕緣絕緣內(nèi)電極內(nèi)電極外電極外電極*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 527.電容式轉(zhuǎn)速傳感器電容式轉(zhuǎn)速傳感器*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 538.8.其他應(yīng)用其他應(yīng)用*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 54*2 檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)元件 55 電