第05章 電容式傳感器

1、11第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器11第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器22第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器22第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：高阻抗，小功率。高阻抗，小功率。靈敏度高，具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性。靈敏度高，具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性。良好的動(dòng)態(tài)特性。良好的動(dòng)態(tài)特性。結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)。可進(jìn)行非接觸測(cè)量。可進(jìn)行非接觸測(cè)量。本身發(fā)熱影響小。本身發(fā)熱影響小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：變間隙電容傳感器非線性較嚴(yán)重。變間隙電容傳感器非線性較嚴(yán)重。輸出阻抗很高。輸出阻抗很高。寄生電容大。寄生電容大。33第第7章章 磁電式傳感器磁電

2、式傳感器33第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器應(yīng)用：應(yīng)用： 44第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器44第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)電容式指紋傳感器電容式指紋傳感器電容式變送器電容式變送器差壓傳感器各種電容式傳感器各種電容式傳感器55第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器55第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器電容式傳感器典型應(yīng)用電容式傳感器典型應(yīng)用硅微電容式傳感器硅微電容式傳感器測(cè)量管道液位高度測(cè)量管道液位高度66第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器66第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章

3、電容式傳感器5.1 5.1 電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理在忽略在忽略邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)時(shí)，平板時(shí)，平板電容器的電容為電容器的電容為 dACr01 1 平板電容器平板電容器77第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器77第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)：1）邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的原因）邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的原因2）產(chǎn)生的后果）產(chǎn)生的后果:邊緣效應(yīng)將使電容量增大，靈敏度降邊緣效應(yīng)將使電容量增大，靈敏度降低。低。+-圖圖5-3 5-3 邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng) 88第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器88第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器3）消除邊緣效

4、應(yīng)的方法）消除邊緣效應(yīng)的方法增大初始電容量，即可適當(dāng)增大極板面積、增大初始電容量，即可適當(dāng)增大極板面積、 減小極減小極板間距。板間距。采用等位環(huán)的方法。采用等位環(huán)的方法。圖圖5-4 5-4 消除邊緣效應(yīng)消除邊緣效應(yīng)99第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器99第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 d 距離，稱變極距型傳感器距離，稱變極距型傳感器 S S 面積，稱變面積型傳感器面積，稱變面積型傳感器 介質(zhì)，稱變介質(zhì)型傳感器介質(zhì)，稱變介質(zhì)型傳感器變極距型傳感器變極距型傳感器按電容器參數(shù)變化特性分類按電容器參數(shù)變化特性分類電容器電容器 C 可以通過改變可以通過改變 5.2 5.2

5、電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型及主要特性電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型及主要特性1010第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1010第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器變面積型傳感器變面積型傳感器1111第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1111第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器變介質(zhì)型傳感器變介質(zhì)型傳感器1212第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1212第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器5.2.1 5.2.1 變極距型平板電容式傳感器變極距型平板電容式傳感器設(shè)動(dòng)極板未移動(dòng)時(shí)極板間距為設(shè)動(dòng)極板未移動(dòng)時(shí)極板間距為d0,初始電容量為：初始電容量為

6、：00A dC（5.2.1）1313第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1313第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器極板極板2 2上移上移d d：電容的相對(duì)變化量為：電容的相對(duì)變化量為： 10000dddddddCCdddCddddAdAddAC000000 （5.2.2）（5.2.3）1414第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1414第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 00ddCC所以變極距型電容傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮滿足所以變極距型電容傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮滿足dddd0 0的條件。且一般的條件。且一般dd只能在極小的范圍內(nèi)變化。只能在極小的范圍內(nèi)變

7、化。一般取一般取d/dd/d=0.020.1=0.020.1。時(shí)，當(dāng)1/0dd .13020000ddddddddCC級(jí)數(shù)展開級(jí)數(shù)展開（5.2.4）（5.2.5）1515第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1515第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 %1000020ddddddr）（式（式（5.2.4）略去二次方以上各項(xiàng)，得）略去二次方以上各項(xiàng)，得 )(1 000ddddCC（5.2.6）圖圖5-5 5-5 變間隙式傳感器的非線性變間隙式傳感器的非線性1616第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1616第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 120200

8、0ddAdCdCK傳感器的靈敏度為：傳感器的靈敏度為：（5.2.7）說明說明: :1 1）靈敏度）靈敏度K K與極距與極距d d0 0的平方成反比。的平方成反比。2) 2) 為了提高靈敏度，減小非線性，常采用差動(dòng)電容為了提高靈敏度，減小非線性，常采用差動(dòng)電容式傳感器式傳感器. . 1717第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1717第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器d d0 0越小，靈敏度越高。越小，靈敏度越高。d d0 0過小，容易引起電容擊穿或短路。過小，容易引起電容擊穿或短路。 采取的措施：可在極板間放置云母片或其它介電常數(shù)采取的措施：可在極板間放置云母片或其它介電

9、常數(shù)高的材料。高的材料。0dydyAC圖圖5-6 5-6 極板間放置云母片極板間放置云母片1818第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1818第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器圖圖5-7 5-7 差動(dòng)電容式傳感器差動(dòng)電容式傳感器差動(dòng)電容式傳感器差動(dòng)電容式傳感器1919第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器1919第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器初始位置時(shí)，初始位置時(shí)，00, 021 dSCddddddddd0201,1000011 ddCddSCCC1000021 ddCddSCCC（5.2.9）（5.2.8）2020第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳

10、感器2020第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器時(shí)，當(dāng)1/0dd .13020001ddddddCC .13020002ddddddCC .22300021ddddCCCC（5.2.10）（5.2.11）（5.2.12）2121第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2121第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 S2 22000ddCdCK %100%10020030 ddddddr略去高次項(xiàng)：略去高次項(xiàng)：電容量的相對(duì)變化為電容量的相對(duì)變化為 ： 12402000 ）（）（ddddddCC非線性誤差為：非線性誤差為： 002ddCC（5.2.15）（5.2.

11、14）（5.2.13）（5.2.16）2222第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2222第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 板狀線位移變面積型板狀線位移變面積型 當(dāng)動(dòng)極板沿箭頭所示的方向移動(dòng)當(dāng)動(dòng)極板沿箭頭所示的方向移動(dòng)x x時(shí)，其電容量為時(shí)，其電容量為 傳感器的靈敏度為傳感器的靈敏度為圖圖5-8 5-8 變面積式板狀線位移變面積式板狀線位移dbxCKax CC05.2.2 5.2.2 變面積型電容傳感器變面積型電容傳感器dbxaCCCr/)(002323第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2323第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器說明說明: :1.

12、1. 傳感器的輸出呈線性傳感器的輸出呈線性; ;2.2. 增大增大b,b,減小減小d d0 0，可提高靈敏度，但是，可提高靈敏度，但是b b值的增大受結(jié)值的增大受結(jié)構(gòu)的限制。而構(gòu)的限制。而d d值也不可能太小，否則有可能引起電值也不可能太小，否則有可能引起電容的容的擊穿或短路擊穿或短路，同時(shí)加工難度加大，同時(shí)加工難度加大; ;3. x不能太小，否則邊緣效應(yīng)影響增大，引起非線性。不能太小，否則邊緣效應(yīng)影響增大，引起非線性。 2424第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2424第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器初始電容初始電容C C0 0為：為：rRlCln200lxCrRx

13、lC1ln2001當(dāng)內(nèi)筒上移當(dāng)內(nèi)筒上移x x時(shí)，內(nèi)外筒時(shí)，內(nèi)外筒間的電容間的電容C C1 1為：為：rRlx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圖圖5-9 5-9 變面積式筒狀線位移變面積式筒狀線位移2525第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2525第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 電容量的相對(duì)變化為：電容量的相對(duì)變化為：靈敏度為：靈敏度為： 可見，其輸出與輸入成線性關(guān)系，靈敏度是常數(shù)，但與可見，其輸出與輸入成線性關(guān)系，靈敏度是常數(shù)，但與極板變化型相比，圓柱式電容傳感器靈敏度較低，但其測(cè)量極板變化型相比，圓柱式電容傳感器靈敏度較低，但其測(cè)量范圍更大

14、。范圍更大。lx CC0)/ln(20rRlC xCK2626第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2626第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器0CC，0dSC 0，0 11 00CdSCCC0CCK 靈敏度：靈敏度：電容量的相對(duì)變化為：電容量的相對(duì)變化為：變面積型角位移變面積型角位移2727第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2727第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 串聯(lián)：011212101AC CCCCdd 0001ACdd=10001111CCCCdd0110212AACCCd 0120AACd01101ACCCd5.2.3 5.2.3 變介電常

15、數(shù)型電容傳感器變介電常數(shù)型電容傳感器 并聯(lián)：2828第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2828第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 12002r/rlnhC 圖圖5-12 5-12 液位傳感器液位傳感器 1212r/rlnhCx 12022r/rlnhhCx 2929第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器2929第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 /ln2/ln2/ln2/ln2000012012012012xxxxhhCCrrhrrhrrhhrrhC hhCCx000 圖圖5-12 5-12 液位傳感器液位傳感器3030第第7章章 磁電式傳感器磁電式

16、傳感器3030第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器1 1、變間距式電容傳感器適用于測(cè)量微小位移是變間距式電容傳感器適用于測(cè)量微小位移是因?yàn)橐驗(yàn)? ) A.電容量微弱、靈敏度太低電容量微弱、靈敏度太低 B.傳感器靈敏度與間距平方成反比，間距變化傳感器靈敏度與間距平方成反比，間距變化大則非線性誤差大大則非線性誤差大 C.需要做非接觸測(cè)量需要做非接觸測(cè)量2 2、變間距（、變間距（d d）型平板電容傳感器，當(dāng)）型平板電容傳感器，當(dāng)d0=1mmd0=1mm時(shí)，若要求測(cè)量線性度為時(shí)，若要求測(cè)量線性度為0.1%0.1%，求允許間距測(cè)，求允許間距測(cè)量的最大變化量是多少？量的最大變化量是多少

17、？練習(xí)題練習(xí)題3131第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3131第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器3、已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離、已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為為10mm，=50F/m，兩極板幾何尺寸一，兩極板幾何尺寸一樣，為樣，為30mm20mm5mm,在外力作用在外力作用下，其中動(dòng)極板在原位置上向外移動(dòng)了下，其中動(dòng)極板在原位置上向外移動(dòng)了10mm，已知真空時(shí)的介電常數(shù)，已知真空時(shí)的介電常數(shù)0=8.85410-12 F/m，試求，試求C=？ K=？3232第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3232第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳

18、感器常用典型的測(cè)量電路有以下幾種常用典型的測(cè)量電路有以下幾種: :5.3 5.3 電容式傳感器的測(cè)量電路電容式傳感器的測(cè)量電路 3333第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3333第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器5.3.1 5.3.1 調(diào)頻測(cè)量電路調(diào)頻測(cè)量電路 電容式傳感元件作為電容式傳感元件作為LCLC振蕩器諧振回路的一振蕩器諧振回路的一部分，振蕩器振蕩頻率部分，振蕩器振蕩頻率12fLC當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容C C發(fā)生變化，使振蕩器發(fā)生變化，使振蕩器的頻率的頻率f f發(fā)生相應(yīng)的變化發(fā)生相應(yīng)的變化f。 3434第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感

19、器3434第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器5.3.2 5.3.2 運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器式電路 1）優(yōu)點(diǎn)：改善單個(gè)變極距型電容式傳感器特性的非）優(yōu)點(diǎn)：改善單個(gè)變極距型電容式傳感器特性的非線性關(guān)系線性關(guān)系 2）原理：如圖所示）原理：如圖所示圖圖5-17 運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器式電路3535第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3535第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器電路假設(shè)條件：電路假設(shè)條件：（1）運(yùn)算放大器增益非常高，輸入電壓若不使放大器）運(yùn)算放大器增益非常高，輸入電壓若不使放大器飽和飽和 ?！疤摰靥摰亍保?）放大器的輸入阻抗很高）放大器的

20、輸入阻抗很高 。x0 xx0iIICjIUCjIU&wwo0 0oxiCCUU&dSCxdSCUUio0&3636第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3636第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器（3 3）注意）注意輸出輸出U Uo o與動(dòng)極片位移與動(dòng)極片位移d d成線性關(guān)系是在運(yùn)算放大器的放大倍成線性關(guān)系是在運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)和輸入阻抗無限大的條件下得出的，實(shí)際上該測(cè)量電路仍然數(shù)和輸入阻抗無限大的條件下得出的，實(shí)際上該測(cè)量電路仍然存在一定的非線性。存在一定的非線性。 U Uo o與電源電壓與電源電壓UiUi、固定電容、固定電容C C0 0及電容式傳

21、感器的及電容式傳感器的、A A等有等有關(guān)，任何這些參數(shù)的波動(dòng)都將使輸出特性產(chǎn)生誤差，因此固定關(guān)，任何這些參數(shù)的波動(dòng)都將使輸出特性產(chǎn)生誤差，因此固定電容電容C C0 0必須穩(wěn)定，且需要高精度的交流穩(wěn)壓源。必須穩(wěn)定，且需要高精度的交流穩(wěn)壓源。由于電容傳感器的電容小，容抗很高，故傳感器與放大器之由于電容傳感器的電容小，容抗很高，故傳感器與放大器之間的聯(lián)結(jié)，需要有屏蔽措施。間的聯(lián)結(jié)，需要有屏蔽措施。3737第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3737第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器1.1.阻容電橋阻容電橋5.3.3 5.3.3 電橋電路電橋電路 圖圖 5-14 5-14 阻容電

22、橋電路原理阻容電橋電路原理3838第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3838第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器2.變壓器電橋變壓器電橋圖圖 5-15 5-15 變壓器電橋電路原理變壓器電橋電路原理22111,1CjZCjZww3939第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器3939第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器將阻抗表達(dá)式代入上式得將阻抗表達(dá)式代入上式得 當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)d時(shí)，時(shí)，則有則有 電橋的輸出電壓為電橋的輸出電壓為: )(221212122ZZZZUUZZZUUsc)(21221CCCCUUscddACddAC0201,02ddUU

23、sc輸出與位移成理想線性關(guān)系輸出與位移成理想線性關(guān)系4040第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4040第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器3.二極管雙二極管雙T型交流電橋型交流電橋 當(dāng)傳感器沒有輸當(dāng)傳感器沒有輸入時(shí)，入時(shí)， C1C2一個(gè)周期內(nèi)流過負(fù)載的平均電流為一個(gè)周期內(nèi)流過負(fù)載的平均電流為0電源正半周電源正半周電源正半周電源正半周電源正半周電源正半周電源負(fù)半周電源負(fù)半周4141第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4141第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器3.二極管雙二極管雙T型交流電橋型交流電橋當(dāng)傳感器有輸入時(shí)，當(dāng)傳感器有輸入時(shí)，C1C1C2C20

24、122(2)()()LLLR RRURE fCCRR 在負(fù)載和電源確定的情況下，輸出電壓只與電容的在負(fù)載和電源確定的情況下，輸出電壓只與電容的差值有關(guān)。差值有關(guān)。 該測(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，無需相敏檢波和整該測(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，無需相敏檢波和整流電路，便可得到較高的直流輸出電壓。輸出信號(hào)流電路，便可得到較高的直流輸出電壓。輸出信號(hào)的上升時(shí)間取決于負(fù)載電壓，可用于測(cè)量高速機(jī)械的上升時(shí)間取決于負(fù)載電壓，可用于測(cè)量高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。4242第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4242第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器5.3.4 5.3.4 差動(dòng)脈寬調(diào)制電路差動(dòng)脈寬調(diào)制

25、電路圖圖5-16 差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路4343第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4343第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路各點(diǎn)電壓波形圖差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路各點(diǎn)電壓波形圖4444第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4444第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器根據(jù)電路知識(shí)可知：根據(jù)電路知識(shí)可知： 12121211UTTTU UTTTUBA，U UA A、U UB BA A點(diǎn)和點(diǎn)和B B點(diǎn)的矩形脈沖的直流分量；點(diǎn)的矩形脈沖的直流分量；T T1 1、T T2 2 分別為分別為C C1 1和和C C2 2的充電時(shí)間；的充電時(shí)間；U U

26、1 1觸發(fā)器輸出的高電位。觸發(fā)器輸出的高電位。 lnln1122211111ffUUUCRTUUUCRTC C1 1、C C2 2的充電時(shí)間的充電時(shí)間T T1 1、T T2 2為：為：)1 (111TfeUU4545第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4545第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器A A、B B兩點(diǎn)間的電壓經(jīng)低通濾波器濾波后獲得，等于兩點(diǎn)間的電壓經(jīng)低通濾波器濾波后獲得，等于A A、B B兩點(diǎn)電壓平均值兩點(diǎn)電壓平均值U UA A與與U UB B之差，之差， 12121121212110UTTTTUTTTUTTTUUUBA設(shè)設(shè)R R1 1R R2 2R R，則，則

27、 121210UCCCCU說明差動(dòng)脈沖調(diào)制電路輸出的直流電壓與傳感器兩電說明差動(dòng)脈沖調(diào)制電路輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比。容差值成正比。 4646第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4646第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器對(duì)于差動(dòng)式變極距型電容傳感器：對(duì)于差動(dòng)式變極距型電容傳感器： UddU100對(duì)于差動(dòng)式變面積型電容傳感器來說，設(shè)電容器初對(duì)于差動(dòng)式變面積型電容傳感器來說，設(shè)電容器初始有效面積為始有效面積為S S0 0，變化量為，變化量為S S，則濾波器輸出為：，則濾波器輸出為： USSU1004747第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4747第第7章章 磁

28、電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器結(jié)論：結(jié)論：差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動(dòng)式電容傳感器，差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動(dòng)式電容傳感器，并具有理論上的線性特性。并具有理論上的線性特性。該電路采用直流電源，電壓穩(wěn)定度高，不存在穩(wěn)頻、該電路采用直流電源，電壓穩(wěn)定度高，不存在穩(wěn)頻、波形純度的要求，也不需要相敏檢波與解調(diào)等；波形純度的要求，也不需要相敏檢波與解調(diào)等；經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓，對(duì)輸出矩形經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓，對(duì)輸出矩形波的純度要求也不高。波的純度要求也不高。4848第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4848第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式

29、傳感器5.4.1 5.4.1 溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響1.1.溫度變化引起傳感器特性結(jié)構(gòu)變化溫度變化引起傳感器特性結(jié)構(gòu)變化引起電容式傳感器各組成零件尺寸改變，與組成零件的幾何尺引起電容式傳感器各組成零件尺寸改變，與組成零件的幾何尺寸及零件材料的線膨脹系數(shù)有關(guān)。寸及零件材料的線膨脹系數(shù)有關(guān)。補(bǔ)償：補(bǔ)償：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少熱膨脹尺寸鏈的組成環(huán)節(jié)數(shù)目及其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少熱膨脹尺寸鏈的組成環(huán)節(jié)數(shù)目及其尺寸；尺寸；選用膨脹系數(shù)小，幾何尺寸穩(wěn)定的材料。選用膨脹系數(shù)小，幾何尺寸穩(wěn)定的材料。采用差動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)并在測(cè)量線路中對(duì)溫度誤差加以補(bǔ)償。采用差動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)并在測(cè)量線路中對(duì)

30、溫度誤差加以補(bǔ)償。2.2.溫度變化引起介質(zhì)介電常數(shù)的變化。溫度變化引起介質(zhì)介電常數(shù)的變化。5.45.4電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及抗干擾問題電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及抗干擾問題4949第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器4949第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器寄生電容寄生電容分布電容分布電容：電容極板與周圍物體（元器件、人體等）：電容極板與周圍物體（元器件、人體等）之間產(chǎn)生的一個(gè)電容。之間產(chǎn)生的一個(gè)電容。：電容引線與大地之間的電容。：電容引線與大地之間的電容。消除克服方法消除克服方法 ：1 1）靜電屏蔽（消除寄生電容）：傳感器放入金屬殼）靜電屏蔽（消除寄生電容）：傳感器放入金屬殼體內(nèi)

31、；體內(nèi)；2 2）引線采用屏蔽線且屏蔽線外層良好接地；）引線采用屏蔽線且屏蔽線外層良好接地；3 3）采用）采用驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。5.4.2 5.4.2 寄生電容寄生電容5050第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5050第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器xC15151第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5151第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器4、現(xiàn)有一只、現(xiàn)有一只0-20mm的電容位移傳感器，其結(jié)的電容位移傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖（構(gòu)如圖（a）所示。已知）所示。已知L=25mm,R=6mm, r=4.5mm,其中圓柱其中圓柱C為內(nèi)電極，為內(nèi)電極，

32、A,B圓筒為兩圓筒為兩個(gè)外電極，個(gè)外電極，D為屏蔽套筒，為屏蔽套筒，C、B構(gòu)成一個(gè)固定構(gòu)成一個(gè)固定電容電容CF,C、A構(gòu)成一個(gè)隨屏蔽套筒伸入位移量構(gòu)成一個(gè)隨屏蔽套筒伸入位移量x而變的可變電容而變的可變電容CX,擬采用理想運(yùn)放電路（如擬采用理想運(yùn)放電路（如圖圖b）,試回答：試回答：練習(xí)題練習(xí)題5252第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5252第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器（1）要求運(yùn)放輸出電壓與輸入位移）要求運(yùn)放輸出電壓與輸入位移x成正比，成正比，在運(yùn)放線路中在運(yùn)放線路中CF與Cx應(yīng)如何連接？應(yīng)如何連接？（2）屏蔽筒伸入）屏蔽筒伸入1mm所引起的電容變化量為所引起的電

33、容變化量為多大？多大？（3）輸入電壓）輸入電壓Usr=6V時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓Usc為多為多少？少？（4）固定電容）固定電容CF的作用何在？的作用何在？（5）傳感器與運(yùn)放線路的連接線對(duì)傳感器的輸）傳感器與運(yùn)放線路的連接線對(duì)傳感器的輸出有無影響？出有無影響？5353第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5353第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器凸玻璃圓片凸玻璃圓片彈性膜片彈性膜片( (動(dòng)電極動(dòng)電極) )P PP P彈性膜片彈性膜片( (動(dòng)電極動(dòng)電極) )5.55.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用5454第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5454第第7章章 磁電式

34、傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器hmaxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA00000CCCCCCCCCCCCCCCAAHAALLALA;5555第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5555第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器圖圖5-20 電容式稱重傳感器電容式稱重傳感器電容式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式很多，基本原理都是利用電容式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式很多，基本原理都是利用彈性敏感元件受壓后變形，引起電容隨外加重量的變化彈性敏感元件受壓后變形，引起電容隨外加重量的變化而變化。而變化。稱重時(shí)，彈性元件受力變形，稱重時(shí)，彈性元件受力變形，使動(dòng)極板發(fā)生位移，導(dǎo)致傳使

35、動(dòng)極板發(fā)生位移，導(dǎo)致傳感器電容量變化。配接調(diào)頻感器電容量變化。配接調(diào)頻式電路，就會(huì)引起振蕩器的式電路，就會(huì)引起振蕩器的振蕩頻率變化，頻率信號(hào)經(jīng)振蕩頻率變化，頻率信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)、編碼，傳輸?shù)斤@示部計(jì)數(shù)、編碼，傳輸?shù)斤@示部分。分。5656第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5656第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器圖圖5-21 電容式稱重傳感器電容式稱重傳感器F在彈性鋼體上高度相同處打一排孔，在孔內(nèi)形成一在彈性鋼體上高度相同處打一排孔，在孔內(nèi)形成一排平行的平板電容，當(dāng)稱重時(shí)，鋼體上端面受力，排平行的平板電容，當(dāng)稱重時(shí)，鋼體上端面受力，圓孔變形，每個(gè)孔中的電容極板間隙變小，其電容圓

36、孔變形，每個(gè)孔中的電容極板間隙變小，其電容相應(yīng)增大。由于在電路上各相應(yīng)增大。由于在電路上各電容是并聯(lián)的，因而輸出反電容是并聯(lián)的，因而輸出反映的結(jié)果是平均作用力的變映的結(jié)果是平均作用力的變化，測(cè)量誤差大大減?。ㄕ`化，測(cè)量誤差大大減?。ㄕ`差平均效應(yīng)）差平均效應(yīng)）5757第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5757第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器彈簧片彈簧片定極板定極板2 2質(zhì)量塊（動(dòng)極板）質(zhì)量塊（動(dòng)極板）定極板定極板1 1絕緣體絕緣體aC1C2m例例3 3 電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器5858第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5858第第7章章 磁電式傳感器磁電式

37、傳感器第5章 電容式傳感器例例4 4 電容測(cè)厚傳感器在板材軋制裝置中的應(yīng)用電容測(cè)厚傳感器在板材軋制裝置中的應(yīng)用CBRR0C1C2C1L2L圖圖5-235-23 電容式傳感器測(cè)鋼板厚度電容式傳感器測(cè)鋼板厚度5959第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器5959第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器圖圖5-24 5-24 電容式料位計(jì)電容式料位計(jì)1-1-金屬電容；金屬電容； 2-2-測(cè)量電極；測(cè)量電極；3-3-輔助電極；輔助電極； 4-4-絕緣套絕緣套電容式料位計(jì)不僅能測(cè)不同電容式料位計(jì)不僅能測(cè)不同性質(zhì)的液體，而且還能測(cè)量性質(zhì)的液體，而且還能測(cè)量不同性質(zhì)如塊狀、顆粒狀、不同性質(zhì)如塊

38、狀、顆粒狀、粉狀、導(dǎo)電性、非導(dǎo)電性的粉狀、導(dǎo)電性、非導(dǎo)電性的物料。但因固體摩擦力大，物料。但因固體摩擦力大，容易容易“滯留滯留”，產(chǎn)生虛假料，產(chǎn)生虛假料位，因此一般不使用雙層電位，因此一般不使用雙層電極，而是只用一根電極棒。極，而是只用一根電極棒。6060第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器6060第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器000ln2LdDCL 電容式料位計(jì)在測(cè)量時(shí)，物料的溫度、濕度、密度電容式料位計(jì)在測(cè)量時(shí)，物料的溫度、濕度、密度變化或摻有雜質(zhì)時(shí)，會(huì)引起介電常數(shù)變化，產(chǎn)生測(cè)變化或摻有雜質(zhì)時(shí)，會(huì)引起介電常數(shù)變化，產(chǎn)生測(cè)量誤差。為了消除這一介質(zhì)因素引起的測(cè)量誤差，

39、量誤差。為了消除這一介質(zhì)因素引起的測(cè)量誤差，一般將一根輔助電極始終埋入被測(cè)物料中。輔助電一般將一根輔助電極始終埋入被測(cè)物料中。輔助電極與測(cè)量電極極與測(cè)量電極( (也稱主電極也稱主電極) )可以同軸，也可以不同可以同軸，也可以不同軸。設(shè)輔助電極長軸。設(shè)輔助電極長L L0 0，它相對(duì)于料位為零時(shí)的電容，它相對(duì)于料位為零時(shí)的電容變化量為變化量為 ：6161第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器6161第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器00LHCCLx由于由于L L0 0是常數(shù)，因此料位變化僅與兩個(gè)電容變化量之是常數(shù)，因此料位變化僅與兩個(gè)電容變化量之比有關(guān)，而介質(zhì)因素波動(dòng)所引起的電

40、容變化對(duì)主電極比有關(guān)，而介質(zhì)因素波動(dòng)所引起的電容變化對(duì)主電極與輔助電極是相同的，相比時(shí)被抵消掉，從而起到誤與輔助電極是相同的，相比時(shí)被抵消掉，從而起到誤差補(bǔ)償作用。差補(bǔ)償作用。6262第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器6262第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 常規(guī)的鍵盤有機(jī)械式按鍵和電常規(guī)的鍵盤有機(jī)械式按鍵和電容式按鍵兩種。容式按鍵兩種。 電容式鍵盤是基于電容式開關(guān)電容式鍵盤是基于電容式開關(guān)的鍵盤，原理是通過按鍵改變的鍵盤，原理是通過按鍵改變電極間的距離產(chǎn)生電容量的變電極間的距離產(chǎn)生電容量的變化，暫時(shí)形成震蕩脈沖允許通化，暫時(shí)形成震蕩脈沖允許通過的條件。理論上這種開關(guān)是無觸點(diǎn)非接觸式的，磨過的條件。理論上這種開關(guān)是無觸點(diǎn)非接觸式的，磨損率極小甚至可以忽略不計(jì)，也沒有接觸不良的隱患，損率極小甚至可以忽略不計(jì)，也沒有接觸不良的隱患，具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高質(zhì)量的鍵具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高質(zhì)量的鍵盤，但工藝較機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。盤，但工藝較機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 6363第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器6363第第7章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第5章 電容式傳感器 當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升