檢測課件(第五章)2013-3-19

1、第五章第五章 電容傳感器電容傳感器本章介紹電容傳感器的分類、結(jié)構(gòu)、基本章介紹電容傳感器的分類、結(jié)構(gòu)、基本原理及應(yīng)用，本原理及應(yīng)用，重點介紹重點介紹FM調(diào)頻電路調(diào)頻電路。還介紹還介紹硅微機械加工技術(shù)硅微機械加工技術(shù)制作的擺式硅微制作的擺式硅微電容加速度傳感器，電容加速度傳感器，電容接近開關(guān)電容接近開關(guān)，以及，以及壓力、液位、流量壓力、液位、流量的基本概念，測量方法的基本概念，測量方法等。等。5.1 電容傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式5.2 電容傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路電容傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路5.3 電容傳感器的應(yīng)用電容傳感器的應(yīng)用5.4 壓力、液位和流量的測量壓力、液位和流量的

2、測量 第五章第五章 電容傳感器電容傳感器 目錄目錄進入進入進入進入進入進入進入進入第一節(jié)第一節(jié) 電容式傳感器的電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容傳感器以各種類型的電容器作為傳感器電容傳感器以各種類型的電容器作為傳感器元件，將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再元件，將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再經(jīng)測量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率。經(jīng)測量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率。電容傳感器具有如下優(yōu)點：電容傳感器具有如下優(yōu)點：（1）可獲得可獲得100%以上的相對變化量以上的相對變化量 。（2）能在惡劣的環(huán)境條件下工作。）能在惡劣的環(huán)境條件下工作。（3）所需的激勵源功率小所需的激勵源功

3、率小，本身發(fā)熱問題可，本身發(fā)熱問題可不予考慮。不予考慮。（4）動態(tài)響應(yīng)比電感傳感器快動態(tài)響應(yīng)比電感傳感器快。電容器在收音機中的應(yīng)用電容器在收音機中的應(yīng)用并聯(lián)在收音機并聯(lián)在收音機LC諧振電路的電感兩端的電容諧振電路的電感兩端的電容量越大，所接收到的電臺的頻率就越低。量越大，所接收到的電臺的頻率就越低。電容器在收音機中，用于改變諧振頻率，電容器在收音機中，用于改變諧振頻率，從而調(diào)整所要接收的電臺。從而調(diào)整所要接收的電臺。變?nèi)荻O管在收音機中的應(yīng)用變?nèi)荻O管在收音機中的應(yīng)用并聯(lián)在變?nèi)荻O管兩端的反向偏置電壓越大，并聯(lián)在變?nèi)荻O管兩端的反向偏置電壓越大，PN結(jié)結(jié)就越厚，上下極板（就越厚，上下極板（P極

4、和極和N極）的極）的“間距間距”就越大，就越大，等效電容就越小，收音機諧振電路的頻率就越低。等效電容就越小，收音機諧振電路的頻率就越低。第一節(jié)第一節(jié) 電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)形式電容傳感器的工作原理可以用平板電容器來電容傳感器的工作原理可以用平板電容器來說明。當忽略邊緣效應(yīng)時，其電容為說明。當忽略邊緣效應(yīng)時，其電容為式中式中 A兩極板相互遮蓋的有效面積（兩極板相互遮蓋的有效面積（m2）；）；d兩極板間的距離，也稱為極距（兩極板間的距離，也稱為極距（m）；）； 兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)（兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)（F/m）；）；r兩極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)；兩極板間

5、介質(zhì)的相對介電常數(shù)；0真空介電常數(shù)真空介電常數(shù),0=8.85 10-12(F/m)0rAACdd 電容器的邊緣效應(yīng)電容器的邊緣效應(yīng)理想電容器的理想電容器的電場線是直線電場線是直線,而實際電容器只而實際電容器只有中間區(qū)域是直線有中間區(qū)域是直線,越往外電場線彎曲的越厲害越往外電場線彎曲的越厲害。到電容邊緣時電場線彎曲最厲害，這種電場線到電容邊緣時電場線彎曲最厲害，這種電場線彎曲現(xiàn)象就是邊緣效應(yīng)。在彎曲現(xiàn)象就是邊緣效應(yīng)。在基板面積較小時，基板面積較小時，將引起測量誤差將引起測量誤差。 三種類型的電容傳感器三種類型的電容傳感器在在A、d、三個參量中，改變其中任意一個三個參量中，改變其中任意一個量，均可

6、使電容量，均可使電容C 改變改變。也就是說，電容。也就是說，電容C 是是A、d、的函數(shù)，這就是電容傳感器的基本工作原的函數(shù)，這就是電容傳感器的基本工作原理。固定三個參量中的兩個，可以制作成以下理。固定三個參量中的兩個，可以制作成以下三種類型的電容傳感器：三種類型的電容傳感器：變面積式電容傳感器變面積式電容傳感器、變極距式電容傳感器變極距式電容傳感器 、變介電常數(shù)式電容傳感器變介電常數(shù)式電容傳感器。一、變面積式電容傳感器一、變面積式電容傳感器CCCd0A xxd01定極板定極板 2動極板動極板 3外圓筒外圓筒 4內(nèi)圓筒內(nèi)圓筒 5導(dǎo)軌導(dǎo)軌 6測桿測桿 7被測物被測物 8水平基準水平基準變面積式電容

7、傳感器簡析變面積式電容傳感器簡析圖圖a是是平板形直線位移式結(jié)構(gòu)平板形直線位移式結(jié)構(gòu)，其中極板，其中極板1可以左右可以左右移動，稱為動極板。極板移動，稱為動極板。極板2固定不動，稱為定極板。固定不動，稱為定極板。圖圖b b是是同心圓筒同心圓筒形變面積式傳感器。外圓筒不動，內(nèi)形變面積式傳感器。外圓筒不動，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運動。圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運動。平行板形變面積式電容傳感器的容量變化平行板形變面積式電容傳感器的容量變化設(shè)兩極板原來的遮蓋長度為設(shè)兩極板原來的遮蓋長度為a0，極板寬度為，極板寬度為b，極距固定為極距固定為d0，當動極板隨被測物體向左移動，當動極板隨被測物體向左移動

8、x后，兩極板的遮蓋面積后，兩極板的遮蓋面積A將減小，電容也隨之將減小，電容也隨之減小，電容減小，電容Cx 為為式中式中 C0初始電容值初始電容值在變面積電容傳感器中，在變面積電容傳感器中，電容電容Cx與直線位移與直線位移x成正比成正比。0000(a)1 xbxxCCda000a bCd角位移式的結(jié)構(gòu)角位移式的結(jié)構(gòu)1-1-動極板動極板 2-2-定極板定極板極板極板2 2的軸由被測物體帶動而旋轉(zhuǎn)一個角位移的軸由被測物體帶動而旋轉(zhuǎn)一個角位移 度時，度時，兩極板的遮蓋面積兩極板的遮蓋面積A A 就減小，因而電容量也隨之減小。就減小，因而電容量也隨之減小。保持極距保持極距d0不變不變C角位移角位移A圓筒

9、形直線位移傳感器圓筒形直線位移傳感器外圓筒不動，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運動。外圓筒不動，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運動。設(shè)內(nèi)圓筒的設(shè)內(nèi)圓筒的外半徑外半徑、外圓筒的、外圓筒的內(nèi)半徑內(nèi)半徑分別為分別為R和和r，兩，兩者原來的遮蓋長度為者原來的遮蓋長度為h0，電容量與位移成正比：，電容量與位移成正比：00021 ln/xhxxCCR rhCxAA變面積式電容傳感器的特性總結(jié)變面積式電容傳感器的特性總結(jié)變面積式電容傳感器的輸出特性在變面積式電容傳感器的輸出特性在一小段范一小段范圍圍內(nèi)是線性的內(nèi)是線性的，靈敏度是常數(shù)。這一類傳感器，靈敏度是常數(shù)。這一類傳感器多用于檢測直線位移、角位移、尺寸等參量

10、。多用于檢測直線位移、角位移、尺寸等參量。CAA1-實際特性實際特性 2-理論特性理論特性二、變極距式電容傳感器二、變極距式電容傳感器 當動極板受被測物體作用引起位移時，改當動極板受被測物體作用引起位移時，改變了兩極板之間的距離變了兩極板之間的距離d d，從而使電容量發(fā)，從而使電容量發(fā)生變化。生變化。 實際使用時，總是使實際使用時，總是使初始極距初始極距d0盡量小盡量小些些，以，以提高靈敏度提高靈敏度，但這也帶來了變極距，但這也帶來了變極距式電容器的式電容器的行程較小的缺點行程較小的缺點。變極距式電容傳感器的特性曲線變極距式電容傳感器的特性曲線 從圖中可以看到，從圖中可以看到，為了提高靈敏度，

11、應(yīng)使為了提高靈敏度，應(yīng)使d d0 0小一小一些為好些為好，但行程變?。▌屿o極板接觸）但行程變?。▌屿o極板接觸）。 a） 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 b）電容量與極板距離的關(guān)系）電容量與極板距離的關(guān)系1定極板定極板 2動極板動極板 3 3彈性膜片彈性膜片變極距式電容傳感器的特性及靈敏度變極距式電容傳感器的特性及靈敏度 設(shè)初始極距為設(shè)初始極距為d0，當動極板向上位移時，極板，當動極板向上位移時，極板間距減小了間距減小了x值后，其電容變大。設(shè)，則有值后，其電容變大。設(shè)，則有電容電容Cx與位移與位移x不是線性關(guān)系，其靈敏度不是線性關(guān)系，其靈敏度Kx不為常數(shù)：不為常數(shù)：20dd()xxCAKxdx 0001

12、xAxCCdxdx差動式電容傳感器差動式電容傳感器 a a）差動變極距式）差動變極距式 b b）差動變面積式）差動變面積式 1 1動極板動極板 2 2定極板定極板差動電容傳感器的靈差動電容傳感器的靈敏度提高近一倍，線性也敏度提高近一倍，線性也得到改善。外界的影響諸得到改善。外界的影響諸如溫度、激勵源電壓、頻如溫度、激勵源電壓、頻率變化等也基本能相互抵率變化等也基本能相互抵消。電容傳感器的非線性消。電容傳感器的非線性誤差還可以進一步用計算誤差還可以進一步用計算機來計算修正機來計算修正 。差動式電容傳感器特性曲線差動式電容傳感器特性曲線1-上面的電容特性上面的電容特性 2-下面的電容特性下面的電容

13、特性 3-差動特性差動特性線性好，靈敏度高線性好，靈敏度高 A1A2C1C21-上、下外電極引線上、下外電極引線 2-接地電極接地電極三、變介電常數(shù)式三、變介電常數(shù)式 因為各種介質(zhì)的相對介電常數(shù)不同，所以在電容因為各種介質(zhì)的相對介電常數(shù)不同，所以在電容器兩極板間插入不同介質(zhì)時，電容器的電容量也就器兩極板間插入不同介質(zhì)時，電容器的電容量也就不同。不同。幾種介質(zhì)的相對介電常數(shù)幾種介質(zhì)的相對介電常數(shù)變介電常數(shù)式電容傳感器變介電常數(shù)式電容傳感器 當某種被測介質(zhì)處于兩極板間時，介質(zhì)的厚度當某種被測介質(zhì)處于兩極板間時，介質(zhì)的厚度越大，越大，電容電容C也就越大。也就越大。C等效于空氣所引起的電容等效于空氣所

14、引起的電容C1和被測和被測介質(zhì)所引起的電容介質(zhì)所引起的電容C2的并聯(lián)的并聯(lián)式中式中 C1空氣介質(zhì)引起的等效電容；空氣介質(zhì)引起的等效電容；C2被測介質(zhì)引起的等效電容；被測介質(zhì)引起的等效電容；介質(zhì)的厚度；介質(zhì)的厚度； d極距極距00012111/1/1/1/rrACAACCdd 磁粉 制動器勵磁信號電動機張力信號張力傳感器張力傳感器信號處理器厚度信號絕緣薄膜張力及厚度測量系統(tǒng)絕緣薄膜張力及厚度測量系統(tǒng)拉力拉力上下極板上下極板變介電常數(shù)式電容傳感器的用途變介電常數(shù)式電容傳感器的用途 不同介質(zhì)對變介電常數(shù)電容器的影響很大。當不同介質(zhì)對變介電常數(shù)電容器的影響很大。當介質(zhì)介質(zhì)厚度厚度保持不變保持不變、而、

15、而相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)r改變改變時，該電容器時，該電容器可作為相對介電常數(shù)可作為相對介電常數(shù)r的測試儀器的測試儀器。又如，。又如，當空氣濕當空氣濕度變化，介質(zhì)吸入潮氣（度變化，介質(zhì)吸入潮氣（r水水=80）時，電容將發(fā)生較）時，電容將發(fā)生較大的變化。因此該電容器又可作為空氣相對濕度傳感大的變化。因此該電容器又可作為空氣相對濕度傳感器器。反之，。反之，若若r不變，則可作為檢測介質(zhì)厚度的傳感不變，則可作為檢測介質(zhì)厚度的傳感器器。變介電常數(shù)式電容傳感器的用途變介電常數(shù)式電容傳感器的用途 當某種被測介質(zhì)處于兩極板間時，介質(zhì)的厚度當某種被測介質(zhì)處于兩極板間時，介質(zhì)的厚度越大，越大，電容電容C也就越大。

16、也就越大。C等效于空氣所引起的電容等效于空氣所引起的電容C1和被和被測介質(zhì)所引起的電容測介質(zhì)所引起的電容C2的的串聯(lián)：串聯(lián)：式中：式中：C1空氣介質(zhì)引起的等效電容；空氣介質(zhì)引起的等效電容；C2被測介質(zhì)引起的等效電容；被測介質(zhì)引起的等效電容； 介質(zhì)的厚度；介質(zhì)的厚度；d極距極距00012111/1/1/1/rrACAACCdd 電容式液位計電容式液位計( (可以理解為變面積或變介電原理可以理解為變面積或變介電原理) )a)同軸內(nèi)外金屬管式同軸內(nèi)外金屬管式 b)金屬管外套聚四氟金屬管外套聚四氟乙烯套管式乙烯套管式 c)帶底座的電容液位帶底座的電容液位傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器的結(jié)構(gòu)1內(nèi)圓筒內(nèi)圓筒 2外圓筒

17、外圓筒 3被測絕緣液體被測絕緣液體 4被測導(dǎo)電液體被測導(dǎo)電液體5聚四氟乙烯套管聚四氟乙烯套管 6頂蓋頂蓋 7絕緣底絕緣底座座 8信號傳輸屏信號傳輸屏蔽電纜蔽電纜電容電容Ch與液面高度與液面高度h(從管狀電極底部算起從管狀電極底部算起)的關(guān)系式為的關(guān)系式為式中式中 h 1:電容器極板高度；電容器極板高度；r：內(nèi)圓管狀電極的外半徑；：內(nèi)圓管狀電極的外半徑；R：外圓管狀電極的內(nèi)半徑；：外圓管狀電極的內(nèi)半徑；h：不考慮安裝高度時的液：不考慮安裝高度時的液位位;0：真空介電常數(shù)（空氣的介電常數(shù)與之相近）；：真空介電常數(shù)（空氣的介電常數(shù)與之相近）；r1：被測液體的相對介電常數(shù)；：被測液體的相對介電常數(shù)；1

18、：被測液體的介電常數(shù)；：被測液體的介電常數(shù)；1=r10。101101 001122ln/ln/222 1 ln/ln/ln/hrhhhCCCR rR rhhhhR rR rR r 空液（5-11）變面積式電容式液位計（導(dǎo)電液體）變面積式電容式液位計（導(dǎo)電液體）棒狀電極（不銹鋼金屬管）棒狀電極（不銹鋼金屬管）外面包裹聚外面包裹聚四氟乙烯套管四氟乙烯套管，不銹鋼金屬管的下半部分，不銹鋼金屬管的下半部分與導(dǎo)電液體之間構(gòu)成電容，兩者之間的介與導(dǎo)電液體之間構(gòu)成電容，兩者之間的介質(zhì)就是聚四氟乙烯薄層。質(zhì)就是聚四氟乙烯薄層。當被測液體的液面上升時，引起當被測液體的液面上升時，引起棒狀電棒狀電極與導(dǎo)電液體之間

19、有效高度增大。由于聚極與導(dǎo)電液體之間有效高度增大。由于聚四氟乙烯的介電常數(shù)是空氣的四氟乙烯的介電常數(shù)是空氣的2倍，所以電倍，所以電容變大容變大。 聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套第二節(jié)第二節(jié) 電容式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路電容式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路常見的有常見的有變壓器橋式電路變壓器橋式電路、雙雙T電橋電路電橋電路、脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路、FM調(diào)頻電路調(diào)頻電路等。等。FM調(diào)頻電路調(diào)頻電路調(diào)頻電路是調(diào)頻電路是將電容傳感器作為將電容傳感器作為LC振蕩器諧振蕩器諧振回路的一部分振回路的一部分，當電容，當電容Cx變大時，振蕩器的變大時，振蕩器的頻率頻率f 變低。由于振蕩器的頻率受電容傳感器變低。由于

20、振蕩器的頻率受電容傳感器的調(diào)制，實現(xiàn)的調(diào)制，實現(xiàn)C /f 的變換。的變換。回目錄回目錄調(diào)頻（調(diào)頻（FM）電路）電路TTL電平的高電平和低電平電平的高電平和低電平電壓范圍分別是多少伏？電壓范圍分別是多少伏？ 電容式傳感器的調(diào)頻電路與電渦流傳感器電容式傳感器的調(diào)頻電路與電渦流傳感器的的調(diào)頻電路調(diào)頻電路有何區(qū)別？上式中有何區(qū)別？上式中哪個量是變量哪個量是變量？脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制電路電路利用某種方法對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行利用某種方法對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制，在電路的輸出端得到一系列按一定規(guī)律變化的、控制，在電路的輸出端得到一系列按一定規(guī)律變化的、幅值相等，寬度不相等的脈沖。幅值相等

21、，寬度不相等的脈沖。脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制電路分析電路分析當雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的當雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的Q端輸出為高電平時，端輸出為高電平時，A點通過點通過R1對對C1充電充電，F(xiàn)點電位逐漸升高。在點電位逐漸升高。在Q端為高電平期間，端為高電平期間，Q端為低電平，電容端為低電平，電容C2通過低內(nèi)阻的二極管通過低內(nèi)阻的二極管VD2迅速迅速放電放電，G點電位被鉗制在低電平。點電位被鉗制在低電平。當當F點電位升高超過點電位升高超過參考電壓參考電壓UR時，比較器時，比較器A1產(chǎn)生一個產(chǎn)生一個“置零脈沖置零脈沖”，觸，觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，A點跳變?yōu)榈碗娢唬c跳變?yōu)榈碗娢?，B點跳變?yōu)辄c跳變?yōu)楦唠娢?。此時

22、高電位。此時C1經(jīng)二極管經(jīng)二極管VD1迅速放電，迅速放電，F(xiàn)點被鉗制在點被鉗制在低電平，而同時低電平，而同時B點高電位經(jīng)點高電位經(jīng)R2向向C2充電。充電。當當G點電位點電位超過超過UR時，比較器時，比較器A2產(chǎn)生一個產(chǎn)生一個“置置1脈沖脈沖”，使觸發(fā)使觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，器再次翻轉(zhuǎn)，A點恢復(fù)為高電位，點恢復(fù)為高電位，B點恢復(fù)為低電位點恢復(fù)為低電位。如此周而復(fù)始，在雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩輸出端各自產(chǎn)生如此周而復(fù)始，在雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩輸出端各自產(chǎn)生一個寬度受一個寬度受C1、C2調(diào)制的脈沖波形。調(diào)制的脈沖波形。當當C1C2時，時，t1t2，經(jīng)低通濾波器后，獲得的輸出電壓平均值經(jīng)低通濾波器后，獲得的輸出電壓平均

23、值Uo為正值為正值。脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制電路的輸出波形電路的輸出波形a）C1=C2時的波形時的波形 b）C1C2時的波形時的波形二極管雙二極管雙T形交流電橋電路形交流電橋電路 Ui是頻率為是頻率為f的高頻激勵電源的高頻激勵電源(約約1MHz)，它提供了，它提供了幅值對稱的方波。幅值對稱的方波。VD1、VD2為特性完全相同的兩只為特性完全相同的兩只二極管二極管,固定電阻固定電阻R1=R2=R，C1、C2為傳感器的兩個差為傳感器的兩個差動電容，初始值動電容，初始值C1=C2 。 在在Ui為正半周時，為正半周時，VD1導(dǎo)通、導(dǎo)通、VD2截止，截止，于是電容于是電容C1快速充電快速充電到到Ui的幅值的幅值

24、，有電流有電流i1流過流過RL。 在隨后的在隨后的負半周期間，負半周期間，VD1截止、截止、VD2導(dǎo)通，于是電導(dǎo)通，于是電容容C2快速充電到快速充電到Ui的幅值的幅值,而電容而電容C1放電放電。有電流。有電流i2逆逆向流過向流過RL。二極管雙二極管雙T形交流電橋電路分析形交流電橋電路分析 在初始狀態(tài)，由于在初始狀態(tài)，由于C1=C2，所以電流，所以電流i1=i2，且方向相，且方向相反，反，在一個周期內(nèi)流過在一個周期內(nèi)流過RL的平均電流的平均電流IL=0。 若差動電容傳感器的若差動電容傳感器的C1C2，則，則i1i2。在一個周期內(nèi)在一個周期內(nèi)流過流過RL的平均電流的平均電流IL就不為零就不為零，輸

25、出電壓，輸出電壓Uo在一個周期內(nèi)平均值為在一個周期內(nèi)平均值為當當為常數(shù)時，有：為常數(shù)時，有： 輸出電壓輸出電壓Uo與雙與雙T形電橋電路中的電容形電橋電路中的電容C1和和C2的差值的差值成正比成正比。 oLLL120LLi122L1 ( )( )d(2)()()TUR IRi ti ttTR RRR U f CCRRoi12T()UU f M CCK CLL2L(2)()R RRRMRR二極管雙二極管雙T形交流電橋電路特點形交流電橋電路特點電路的靈敏度電路的靈敏度KT與激勵電源電壓幅值與激勵電源電壓幅值Ui以及頻率以及頻率f有有關(guān)關(guān)，故對激勵電源穩(wěn)定型要求較高。，故對激勵電源穩(wěn)定型要求較高。選取

26、選取Ui的幅值高的幅值高于二極管死區(qū)電壓的于二極管死區(qū)電壓的10倍以上倍以上，可使二極管，可使二極管VD1、VD2工作在線性區(qū)域。工作在線性區(qū)域。R1、R2及及RL的取值范圍為的取值范圍為10100k。可以可以在在RL之后設(shè)置低通濾波器，能獲得平穩(wěn)的直流輸之后設(shè)置低通濾波器，能獲得平穩(wěn)的直流輸出電壓出電壓。雙雙T形電橋電路具有以下特點：形電橋電路具有以下特點：電路較為簡單；差動電容傳感器、信號源、負電路較為簡單；差動電容傳感器、信號源、負載載有一個公共的接地點，不易受干擾；有一個公共的接地點，不易受干擾；VD1和和VD2工工作在伏安特性的線性段，死區(qū)電壓影響較??；作在伏安特性的線性段，死區(qū)電壓

27、影響較?。惠敵鲚敵鲂盘枮榉递^高的直流電壓。信號為幅值較高的直流電壓。第三節(jié)第三節(jié) 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用 電容器的容量受三個因素影響，即：電容器的容量受三個因素影響，即：極極距距 x、相對面積相對面積 A 和和極間介電常數(shù)極間介電常數(shù) 。固定固定其中兩個變其中兩個變 量，電容量量，電容量C 就是另一個變量就是另一個變量的一元函數(shù)的一元函數(shù)。只要想辦法將被測非電量轉(zhuǎn)換。只要想辦法將被測非電量轉(zhuǎn)換成成極距或者面積、介電常數(shù)的變化極距或者面積、介電常數(shù)的變化，就可以，就可以通過測量電容量這個電參數(shù)來達到非電量電通過測量電容量這個電參數(shù)來達到非電量電測的目的。測的目的。 回目錄回目錄電

28、容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當被測液體的液面上升氟乙烯套管，當被測液體的液面上升時，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的時，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變大。電容變大。液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別別在于：它在于：它不給出模擬量不給出模擬量，而是，而是給出給出開關(guān)量開關(guān)量。當液位到達設(shè)定值時，它輸。當液位到達設(shè)定值時，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的系列。平的系列。聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套液位限位傳感器液位限位傳感器的設(shè)定的設(shè)定 智能化液位傳

29、感器的設(shè)定方智能化液位傳感器的設(shè)定方法：法： 用手指壓住設(shè)定按鈕，當液用手指壓住設(shè)定按鈕，當液位達到設(shè)定值時，放開按鈕，位達到設(shè)定值時，放開按鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時，當水位使用時，當水位高于該點后，即可發(fā)出報警信高于該點后，即可發(fā)出報警信號和控制信號。號和控制信號。設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕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正常工作指示燈指示燈設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕電源電源 指示燈指示燈電容加速度傳感器電容加速度傳感器微電子機械系統(tǒng)（微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)）技術(shù)可以將一塊多晶硅可以將一塊多晶硅加工成多層結(jié)構(gòu)，制作加工

30、成多層結(jié)構(gòu)，制作“三明治三明治”擺式硅微電容加速擺式硅微電容加速度傳感器。度傳感器。在硅襯底上，制造出三個多晶硅電極，組在硅襯底上，制造出三個多晶硅電極，組成差動電容成差動電容C1、C2。底層多晶硅和頂層多晶硅固定不。底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動。動。中間層多晶硅是一個可以上下微動的振動片中間層多晶硅是一個可以上下微動的振動片，左左端固定在襯底上，所以相當于懸臂梁端固定在襯底上，所以相當于懸臂梁。它的核心部分。它的核心部分可以小于可以小于3mm左右，與測量轉(zhuǎn)換電路一起封裝在貼左右，與測量轉(zhuǎn)換電路一起封裝在貼片片IC封裝中。工作電壓為封裝中。工作電壓為2.75V，加速度測量范圍為，加速度測量范

31、圍為幾十個幾十個g，可輸出與加速度成正比的電壓。，可輸出與加速度成正比的電壓。“三明治三明治”擺式硅微電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)擺式硅微電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)1 1加速度測試單元加速度測試單元 2 2信號調(diào)理單元信號調(diào)理單元 3 3襯底襯底 4 4底層多晶硅（下電極）底層多晶硅（下電極）5 5多晶硅懸臂梁多晶硅懸臂梁 6 6頂層多晶硅（上電極）頂層多晶硅（上電極） a）貼片）貼片封裝外形封裝外形 b）“三三明治明治”多多晶硅多層晶硅多層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) c）加速）加速度測試單度測試單元的工作元的工作原理原理硅微加工三軸加速度傳感器硅微加工三軸加速度傳感器 如果在殼體內(nèi)的三個相互垂直如果在殼體內(nèi)的三個相互垂直方

32、向安裝三個加速度傳感器，就方向安裝三個加速度傳感器，就可以測量三維方向的振動或加速可以測量三維方向的振動或加速度。度。 技術(shù)指標：技術(shù)指標：靈敏度：靈敏度：500mV/g ， 量程：量程：10g， 頻率范圍：頻率范圍：0.5-2000Hz，安裝諧振點：安裝諧振點：8kHz ， 分辨力：分辨力：0.00004g ， 重量：重量：200g ， 安裝螺紋：安裝螺紋：M5 mm ， 線性誤差：線性誤差：1% 1% 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 當測得的當測得的負加速度值超過設(shè)定值時負加速度值超過設(shè)定值時，氣囊電控單元，氣囊電控單元據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，就據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，就啟動

33、轎車前部的折疊式安全啟動轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。和頭部。 裝有多種裝有多種碰撞參數(shù)測碰撞參數(shù)測量傳感器的量傳感器的假人假人氣囊氣囊汽車氣囊的膨脹狀態(tài)汽車氣囊的膨脹狀態(tài)使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控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)使氣囊迅速充氣制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。如果碰撞傳感器安裝在側(cè)面，則在側(cè)面碰撞時，如果碰撞傳感器安裝在側(cè)面，則在側(cè)面碰撞時，側(cè)面氣囊膨脹。側(cè)面氣囊膨脹。 汽車氣囊對駕駛員的保護作用汽車氣囊對駕駛員的保護作用測試假人濕敏電容濕敏電容 利用具有很大吸濕性

34、的絕緣材料作為電容利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。當相對濕度增大時，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的當相對濕度增大時，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對介電常數(shù)水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對介電常數(shù)大為增加（水的相對介電常數(shù)為大為增加（水的相對介電常數(shù)為8080），所以電），所以電容量增大。容量增大。 濕敏電容濕敏電容 a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)）內(nèi)部結(jié)構(gòu) b）電容和漏電阻的濕度特性）電容和漏電阻的濕度特性 c）封裝后的外形）封裝后的外形1鋁電極鋁電極 2單晶硅基底單晶硅基底 3SiO2 絕緣膜絕緣膜 4多孔多孔

35、Au電極電極5吸濕層吸濕層Al2O3 6引線引線 7電容與相對濕度的關(guān)系曲線電容與相對濕度的關(guān)系曲線 8漏電阻與相對濕度的關(guān)系曲線漏電阻與相對濕度的關(guān)系曲線濕敏電容濕敏電容外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部的吸水內(nèi)部的吸水高分子薄膜高分子薄膜信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容傳感器的安裝使用濕敏電容傳感器的安裝使用在野外的使用在野外的使用帶報警器的家庭使用型帶報警器的家庭使用型多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形 電容式油量表電容式油量表 機械式油量表：機械式油量表： 在油箱內(nèi)，裝有在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生間水箱里類似衛(wèi)生間水箱

36、里的浮球，通過杠桿的浮球，通過杠桿帶動電阻絲式圓盤帶動電阻絲式圓盤電位器，由電流表電位器，由電流表指示出油量。指示出油量。2022-6-853電接點水位計電接點水位計 由測量筒、電極、由測量筒、電極、電纜、顯示器等組成電纜、顯示器等組成。電極是檢測水電極是檢測水/ /汽的汽的探頭探頭，采用特種不銹，采用特種不銹鋼制造，絕緣體使用鋼制造，絕緣體使用高純度陶瓷，陶瓷和高純度陶瓷，陶瓷和金屬本體之間的壓力金屬本體之間的壓力密封采用真空焊接工密封采用真空焊接工藝。藝。鍋爐中的水面以鍋爐中的水面以下的電極輸出低電平下的電極輸出低電平，以上為高電平以上為高電平，采用采用中頻激勵中頻激勵。接接24芯芯電纜電

37、纜電接點電極電接點電極電容式油量表電容式油量表當油箱中無油時，電容傳感器的電容當油箱中無油時，電容傳感器的電容Cx 0為最小值。為最小值。此時應(yīng)使電橋輸出為零。油量表調(diào)零過程如下：首先此時應(yīng)使電橋輸出為零。油量表調(diào)零過程如下：首先斷開減速箱與斷開減速箱與RP的機械連接，將的機械連接，將RP人為地調(diào)到零，即：人為地調(diào)到零，即：電位器電位器RP的滑動臂位于的滑動臂位于0點。此時點。此時R3=R4。再調(diào)節(jié)半可。再調(diào)節(jié)半可變電容變電容C0，使，使C0=Cx 0，；此時，電橋滿足：，；此時，電橋滿足：Cx04C03XRXRx004x0301212fCCRCRfC或：或：電容式油量表示意圖電容式油量表示意

38、圖1油箱油箱 2圓柱形電容器圓柱形電容器 3伺服電動機伺服電動機 4減速減速箱箱 5油量表油量表2022-6-856電容式油量表示意圖電容式油量表示意圖當油箱中注入油，液位上升至當油箱中注入油，液位上升至h處，處，Cx=Cx0+Cx，Cx與與h成正比。此時電橋失去平衡，電橋的輸出電壓成正比。此時電橋失去平衡，電橋的輸出電壓Ubdo經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電動機，再由減速箱減速后，帶經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電動機，再由減速箱減速后，帶動指針順時針偏轉(zhuǎn)，同時帶動動指針順時針偏轉(zhuǎn)，同時帶動RP的滑動臂向的滑動臂向c點移動，點移動，從而使從而使RP的阻值增大的阻值增大，Rcd =R3+RRP也隨之增大也隨之增大。當。

39、當RP阻值達到一定值時阻值達到一定值時，(Cx0+Cx)/C0=(R3+RRP)/R4，電橋，電橋又達到新的平衡狀態(tài)又達到新的平衡狀態(tài)，Ubdo再次等于零，于是伺服電動再次等于零，于是伺服電動機停轉(zhuǎn)，指針停留在轉(zhuǎn)角為機停轉(zhuǎn)，指針停留在轉(zhuǎn)角為max處。處。當油位降低時，伺服電動機反轉(zhuǎn)，指針逆時針偏轉(zhuǎn)，當油位降低時，伺服電動機反轉(zhuǎn)，指針逆時針偏轉(zhuǎn)，同時帶動同時帶動RP的滑動臂移動的滑動臂移動,使使RP阻值減小。當阻值減小。當RP阻值阻值達到某一數(shù)值時達到某一數(shù)值時,電橋又達到新的平衡狀態(tài)，電橋又達到新的平衡狀態(tài)，Uo=0，于，于是伺服電動機再次停轉(zhuǎn)是伺服電動機再次停轉(zhuǎn),指針停留在與該液位相對應(yīng)的指

40、針停留在與該液位相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角處。處。該裝置采用了閉環(huán)零位式測量方法該裝置采用了閉環(huán)零位式測量方法。電容式油量表可工作在電容式油量表可工作在3030傾斜狀態(tài)傾斜狀態(tài)電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān) 被檢測物體可以是被檢測物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗較大導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗較大的絕緣體、含水的物體的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體（例如飼料、人體等等) ；可以是接地的，也可以是不接地的可以是接地的，也可以是不接地的。 調(diào)節(jié)接調(diào)節(jié)接近開關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被近開關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測物的性質(zhì)，來改變測物的性質(zhì)，來改變動作距離動作距離。 電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān) 1被測物

41、被測物 2上檢測極板（或內(nèi)圓電極）上檢測極板（或內(nèi)圓電極） 3下檢測極板（或外圓電極）下檢測極板（或外圓電極） 4充填樹脂充填樹脂 5測量轉(zhuǎn)換電路板測量轉(zhuǎn)換電路板 6塑料外殼塑料外殼 7靈敏度調(diào)節(jié)電位器靈敏度調(diào)節(jié)電位器RP 8動作指示燈動作指示燈 9電纜電纜 UR比較器的基準電壓比較器的基準電壓電容接近開關(guān)的工作原理電容接近開關(guān)的工作原理電容接近開關(guān)的感應(yīng)板由兩個同心圓金屬平面電極電容接近開關(guān)的感應(yīng)板由兩個同心圓金屬平面電極構(gòu)成。構(gòu)成。當沒有被測物體靠近電容接近開關(guān)時，由于當沒有被測物體靠近電容接近開關(guān)時，由于C1與與C2很小，很小，RC振蕩器停振。當被測物體朝著電容接近開關(guān)振蕩器停振。當被測

42、物體朝著電容接近開關(guān)的兩個同心圓電極靠近時，兩個電極與被測物體構(gòu)成的兩個同心圓電極靠近時，兩個電極與被測物體構(gòu)成電容電容C，接到，接到RC振蕩回路中，等效電容振蕩回路中，等效電容C等于等于C1、C2的串聯(lián)結(jié)果。的串聯(lián)結(jié)果。電容接近開關(guān)的工作原理（續(xù)）電容接近開關(guān)的工作原理（續(xù)）當當C增大到設(shè)定數(shù)值后，增大到設(shè)定數(shù)值后，RC振蕩器起振振蕩器起振。振。振蕩器的蕩器的高頻輸出電壓高頻輸出電壓uo經(jīng)二極管檢波和低通濾經(jīng)二極管檢波和低通濾波器，得到正半周的平均值波器，得到正半周的平均值。再經(jīng)直流電壓放。再經(jīng)直流電壓放大電路放大后，大電路放大后，Uo1與靈敏度調(diào)節(jié)電位器與靈敏度調(diào)節(jié)電位器RP設(shè)設(shè)定的基準電

43、壓定的基準電壓UR進行比較進行比較。若若Uo1超過基準電壓超過基準電壓時時,比較器翻轉(zhuǎn)比較器翻轉(zhuǎn),輸出動作信號輸出動作信號(高電平或低電平高電平或低電平),從而起到了檢測有無物體靠近的目的。從而起到了檢測有無物體靠近的目的。電容接近開關(guān)的調(diào)試電容接近開關(guān)的調(diào)試接近開關(guān)的輸出有接近開關(guān)的輸出有NPN、PNP和和AC兩線制兩線制等多種型等多種型式。式。Rf在比較器電路中起正反饋作用，使比較器具有在比較器電路中起正反饋作用，使比較器具有施密特特性施密特特性。Rf越小，翻轉(zhuǎn)時的回差就越大，抗干擾能力就越強，越小，翻轉(zhuǎn)時的回差就越大，抗干擾能力就越強，通常將通常將回差控制在動作距離的回差控制在動作距離的

44、20%之內(nèi)之內(nèi)。比較器之后設(shè)置了比較器之后設(shè)置了OC門輸出級電路，有較大的負載門輸出級電路，有較大的負載能力。通?？梢则?qū)動能力。通?？梢则?qū)動100mA的感性負載，或的感性負載，或300mA的的阻性負載阻性負載。當被測物是導(dǎo)電物體時，即使兩者的距離較遠，但當被測物是導(dǎo)電物體時，即使兩者的距離較遠，但等效電容等效電容C仍較大，仍較大，RC回路較容易起振，所以靈敏度回路較容易起振，所以靈敏度較高較高。物體的含水量越小，面積越小，動作距離也越物體的含水量越小，面積越小，動作距離也越小，靈敏度就越低小，靈敏度就越低。大多數(shù)電容接近開關(guān)的大多數(shù)電容接近開關(guān)的尾部有一個多圈微調(diào)電位器尾部有一個多圈微調(diào)電位器

45、RP，用于調(diào)整特定對象的動作距離，用于調(diào)整特定對象的動作距離。 電容式接近開關(guān)外形電容式接近開關(guān)外形齊平式齊平式非齊平式非齊平式非齊平式非齊平式接近開關(guān)的安裝接近開關(guān)的安裝 非齊平式安裝時，傳感器高于安裝非齊平式安裝時，傳感器高于安裝支架，易損壞。支架，易損壞。全密封防水式全密封防水式遠距離式（大量程）遠距離式（大量程）電容接近開關(guān)的規(guī)格電容接近開關(guān)的規(guī)格電容式接近開關(guān)在液位測量控制中的使用電容式接近開關(guān)在液位測量控制中的使用電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)在在液位物位測量液位物位測量控制中的使用控制中的使用對應(yīng)的對應(yīng)的光柱顯示光柱顯示 電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用電容式接近開關(guān)在物位測量

46、控制中的使用電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用演示使用演示不同材料的非金屬檢測物對電容式接不同材料的非金屬檢測物對電容式接近開關(guān)動作距離的影響近開關(guān)動作距離的影響第四節(jié)第四節(jié) 壓力和流量的測量壓力和流量的測量 一、壓力的基本概念一、壓力的基本概念 壓力的國際單位為壓力的國際單位為“帕斯卡帕斯卡”，簡稱，簡稱“帕帕”（Pa），用），用p表示。它等于表示。它等于垂直作用于一定面積垂直作用于一定面積A上的力上的力F（稱為壓向力）除以面積（稱為壓向力）除以面積A，即，即 p=F/A。 除此之外，工程界長期使用許多不同的壓力除此之外，工程界長期使用許多不同的壓力計量單位

47、。如計量單位。如“工程大氣壓工程大氣壓”、“標準大氣壓標準大氣壓”、“毫米汞柱毫米汞柱”，氣象學(xué)中還用，氣象學(xué)中還用“巴巴”（bar）和）和“托托”為壓力單位。這些單位在一些進口儀表說為壓力單位。這些單位在一些進口儀表說明書上可能還會見到。明書上可能還會見到。 回目錄回目錄壓力單位轉(zhuǎn)換對照表壓力單位轉(zhuǎn)換對照表 壓力傳感器的分類壓力傳感器的分類（1）絕對壓力傳感器絕對壓力傳感器 它所測得的它所測得的壓力數(shù)值是相對壓力數(shù)值是相對于密封在絕對壓力傳感器內(nèi)部的基準真空（相當于零于密封在絕對壓力傳感器內(nèi)部的基準真空（相當于零壓力參考點）而言的，是以真空為起點的壓力壓力參考點）而言的，是以真空為起點的壓力

48、。平常。平常所說的環(huán)境大氣壓為某某千帕就是指絕對壓力。所說的環(huán)境大氣壓為某某千帕就是指絕對壓力。當絕當絕對壓力小于對壓力小于101kPa時，可以認為是時，可以認為是“負壓負壓”，所測得，所測得壓力相當于真空度壓力相當于真空度。（2）差壓傳感器差壓傳感器 差壓是指兩個壓力差壓是指兩個壓力p1和和p2之差之差，又，又稱為稱為壓力差壓力差。當差壓表兩側(cè)面均向大氣敞開時，差壓當差壓表兩側(cè)面均向大氣敞開時，差壓等于零等于零。例：例：p1=0.81.1MPa，p2=0.91.0MPa，必須選擇測，必須選擇測量范圍為量范圍為- -0.10.2MPa的差壓傳感器。的差壓傳感器。壓力傳感器的分類（續(xù)）壓力傳感器

49、的分類（續(xù)） （3）壓力傳感器壓力傳感器 壓力傳感器顯示的壓力為壓力傳感器顯示的壓力為“表表壓壓”。表壓測量是差壓測量的特殊情況。測量時，。表壓測量是差壓測量的特殊情況。測量時，以以環(huán)境大氣壓為參考基準環(huán)境大氣壓為參考基準，將差壓傳感器的一側(cè)向大氣，將差壓傳感器的一側(cè)向大氣敞開，就轉(zhuǎn)變成表壓傳感器。敞開，就轉(zhuǎn)變成表壓傳感器。表壓傳感器的輸出為零表壓傳感器的輸出為零時，其膜片兩側(cè)實際上均存在一個大氣壓的絕對壓力時，其膜片兩側(cè)實際上均存在一個大氣壓的絕對壓力。二、電容式差壓變送器二、電容式差壓變送器 高壓側(cè)高壓側(cè)進氣口進氣口低壓側(cè)低壓側(cè)進氣口進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

50、銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 1高壓側(cè)進氣口高壓側(cè)進氣口 2 2低壓側(cè)進氣口低壓側(cè)進氣口 3 3過濾片過濾片 4 4空腔空腔5 5柔性不銹鋼波紋隔離柔性不銹鋼波紋隔離膜片膜片 6 6導(dǎo)壓硅油導(dǎo)壓硅油 7 7凹形玻璃圓片凹形玻璃圓片 8 8鍍金凹形電極（定極鍍金凹形電極（定極板）板） 9 9彈性平膜片彈性平膜片 1010腔腔1111鋁合金外殼鋁合金外殼 1212限位波紋盤限位波紋盤 1313過壓保護懸浮波紋過壓保護懸浮波紋膜片膜片 1414公共參考端（地電公共參考端（地電位）位）各種電容式差各種電容式差壓變送器外形壓變送器外形 P1P2各種電容式壓力變送器外

51、形（續(xù)）各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） 法蘭法蘭各種電容式壓力、差壓變送器外形各種電容式壓力、差壓變送器外形 p1p2三、利用電容差壓變送器三、利用電容差壓變送器測量液體的液位測量液體的液位 差壓變送器差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比與液位成正比p = g h2022-6-882利用電容差壓變送器測量液體的液位利用電容差壓變送器測量液體的液位 1儲液罐儲液罐 2液面液面 3上部空間上部空間 4高壓側(cè)管道高壓側(cè)管道 5電容差壓電容差壓 變送器變送器 6低壓側(cè)管道低壓側(cè)管道p1 = p0 + g h1p= p1-p2= g(h-h0)p電容差壓變送器用于測量電

52、容差壓變送器用于測量液體的液位測量液體的液位測量 投入式水位傳感器投入式水位傳感器流量的基本概念流量的基本概念流量（流量（Flow）是指）是指流體在單位時間內(nèi)通過某一截面流體在單位時間內(nèi)通過某一截面的體積數(shù)或質(zhì)量數(shù)的體積數(shù)或質(zhì)量數(shù)，分別稱為，分別稱為體積流量體積流量qV和和質(zhì)量流量質(zhì)量流量qm。這種。這種單位時間內(nèi)的流量統(tǒng)稱為瞬時流量單位時間內(nèi)的流量統(tǒng)稱為瞬時流量q。把瞬把瞬時流量對時間時流量對時間t進行積分，求出累計體積或累計質(zhì)量的進行積分，求出累計體積或累計質(zhì)量的總和，稱為累積流量，也叫總量總和，稱為累積流量，也叫總量。0( ) dtqqtt總?cè)绻髁渴制椒€(wěn)如果流量十分平穩(wěn),則可將短暫時

53、段則可將短暫時段ti與該時段與該時段的的瞬時流量瞬時流量qi的平均值相乘的平均值相乘,并并對乘積進行累加對乘積進行累加,從而得到從而得到累積流量累積流量：1( ) ni iiqq t總流量的單位及計算流量的單位及計算 體積流量體積流量qV=Av，單位為，單位為m3/h或或L/s； 質(zhì)量流量質(zhì)量流量qm= Av，單位為，單位為t /h或或kg/s。 例：設(shè)測得平均流速例：設(shè)測得平均流速v =2m/s ，圓管道的直徑圓管道的直徑D =1m，則截面積，則截面積A=D2/4=0.79m2 ，如果，如果不考慮層流、紊流效應(yīng)不考慮層流、紊流效應(yīng)，認為流體在整個管道中的分布是均勻的，則平認為流體在整個管道中

54、的分布是均勻的，則平均流量均流量qV V= 3.95m3 /s 。圓管內(nèi)的流速圓管內(nèi)的流速不均勻分布不均勻分布D流量的測量方法分類流量的測量方法分類測量流量的方法很多，有測量流量的方法很多，有流速法流速法、容積法、容積法、質(zhì)量法、水槽法等。流速法中，又有質(zhì)量法、水槽法等。流速法中，又有葉輪式、葉輪式、渦輪式、卡門渦流式（又稱渦街式）、熱線式、渦輪式、卡門渦流式（又稱渦街式）、熱線式、多普勒式、超聲式、電磁式、差壓節(jié)流式多普勒式、超聲式、電磁式、差壓節(jié)流式等。等。按照國家標準制造的按照國家標準制造的標準節(jié)流裝置標準節(jié)流裝置的流量系數(shù)的流量系數(shù)計算公式是相當完備的，所以它是一種可靠性計算公式是相當完備的，所以它是一種可靠性和標準化較高的流量傳感器，所以在工業(yè)中大和標準化較高的流量傳感器，所以在工業(yè)中大量使用差壓式流量計。量使用差壓式流量計。 葉輪式氣體流速計葉輪式氣體流速計氣體流量計氣體流量計常規(guī)小氣象站使用三葉風杯測量風速常規(guī)小氣象站使用三葉風杯測量風速葉輪式手持風速儀葉輪式手持風速儀測量風向測量風向的風標的風標 測量風速的測量風速的三葉風杯三葉風杯玻璃轉(zhuǎn)子流量計玻璃轉(zhuǎn)子流量計流體入口流體入口流體出口流體出口浮子浮子主要測量元件為主要測量元件為一根垂直安裝的一根垂直安裝的下下小上大