第五章電容式傳感器

1、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示例各種電容式傳感器示例各種電容式傳感器示例各種電容式傳感器示例飛機(jī)油量檢測(cè)飛機(jī)油量檢測(cè)各種電容式傳感器示例各種電容式傳感器示例d初始電容初始電容0ddd0CCC 當(dāng)當(dāng) 減小減小 時(shí)時(shí), ,即即 電容電容 C C 增加增加 dC0dddC0d d0 0d dCCC01d d23000001()()CddddCdddd0001ddCdCd忽略高次項(xiàng)忽略高次項(xiàng)00CdCd01.0dd0 x ，0abCd0 x ，00()1xb axbCCxddxCaxCx，0 0 ，0(1/)CC C0(

2、1/)CC 01xxCCa10002DDlnLC 000121lnxLxxCCDLDD1D0Lx變介質(zhì)型傳感器變介質(zhì)型傳感器右圖一種變極板間介質(zhì)的電容式傳感器用于測(cè)量液位高低的結(jié)構(gòu)原理圖。設(shè)被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)為1,液面高度為h,變換器總高度為H,內(nèi)筒外徑為d,外筒內(nèi)徑為D,dDhHdDhcln)(2ln21dDhcln)(210電容增量與被測(cè)液位高度成正比線性關(guān)系則此時(shí)變換器電容值為5.2電容式傳感器的靈敏度及非線性此處只討論變極距型平板電容式傳感器的靈敏度及非線性。0001ddCdCd電容的相對(duì)變化量：忽略高次項(xiàng)忽略高次項(xiàng)00CdCd01d d23000001()()CddddCdddd表明

3、單位輸入位移所引起的輸出電容相對(duì)變化的大小與d0成反比關(guān)系要提高靈敏度，應(yīng)減小初始間隙，但非線性誤差卻增大。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。0*100%ddv 非線性誤差非線性誤差上下兩部分的初始電容：上下兩部分的初始電容：上移上移 后：后：d23100001dddCCddd23200001dddCCddd展開：展開：12300022CCCddCdd002CdCd32000100%dddddd002CdCd32000100%dddddd5.3 電容式傳感器的等效電路由等效電路可知，它有一個(gè)諧振頻率，通常為幾十兆由等效電路可知，它有一個(gè)諧振頻率，通常為幾十兆赫。

4、赫。 當(dāng)工作頻率等于或接近諧振頻率時(shí)，諧振頻率破當(dāng)工作頻率等于或接近諧振頻率時(shí)，諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此，工作頻率應(yīng)該選擇低于壞了電容的正常作用。因此，工作頻率應(yīng)該選擇低于諧振頻率，否則電容傳感器不能正常工作。諧振頻率，否則電容傳感器不能正常工作。 電容式傳感器的等效阻抗為：電容式傳感器的等效阻抗為：222222211PPCSPPRRCZRjLRCRC激勵(lì)電源角頻率激勵(lì)電源角頻率電容式傳感器的電容非常?。娙菔絺鞲衅鞯碾娙莘浅Ｐ。╬FpF級(jí)的）級(jí)的） ，需要用專門的，需要用專門的電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成比例地將它變成電壓、電流或頻率信電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成比例地將它變成電壓、電流或頻率信號(hào)供給或遠(yuǎn)

5、傳給后續(xù)裝置顯示、記錄及運(yùn)算等。號(hào)供給或遠(yuǎn)傳給后續(xù)裝置顯示、記錄及運(yùn)算等。5.4.1調(diào)頻電路調(diào)頻測(cè)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)生變化時(shí),振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。21)(21LCf調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有較高靈敏度,可以測(cè)至0.01m級(jí)位移變化量。頻率輸出易于用數(shù)字儀器測(cè)量和與計(jì)算機(jī)通訊,抗干擾能力強(qiáng),可以發(fā)送、接收以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控。由放大器工作原理可得：克服了變極距型電容式傳感器的非線性Vi為高頻電源，當(dāng)V1在正半周時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，D2截止，C1充電。當(dāng)Vi在負(fù)半周時(shí)，電容C1上的電流經(jīng)R1,RL放電，電源Vi對(duì)電容C2充電；在下一個(gè)正半周，C2

6、經(jīng)R2,RL放電，若C1=C2，且二極管D1和D2的特性相同，則在同一個(gè)周期內(nèi)，經(jīng)過(guò)RL的平均電流為零。若傳感器輸入不為0,則C1C2,那么I1I2,此時(shí)RL上必定有信號(hào)輸出,其輸出在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為TRIULL10dttItIT)()(201LR)()()2(212ccfURRRRRRiLLL式中f為電源頻率。當(dāng)RL已知,上式中=M為常數(shù)。Uo=UfM(C1-C2)輸出電壓與電容C1和C2的差值有關(guān)AVD4VD1VD2VD3BCxi1i2Ai3i4CCCdE1E2T1T2eAVD4VD1VD2VD3BCxi1i2Ai3i4CCCdE1E2T1T2e 設(shè)方波的頻率設(shè)方波的頻率f=1/T0(

7、即每秒鐘要發(fā)生的充放電過(guò)程的次數(shù)即每秒鐘要發(fā)生的充放電過(guò)程的次數(shù))， 則由則由C點(diǎn)流向點(diǎn)流向A點(diǎn)的平均電流為點(diǎn)的平均電流為I2=Cxf(E2-E1), 而從而從A點(diǎn)流向點(diǎn)流向C點(diǎn)的點(diǎn)的平均電流為平均電流為I3=Cdf(E2-E1), 流過(guò)此支路的瞬時(shí)電流的平均值為流過(guò)此支路的瞬時(shí)電流的平均值為 )()()(1212dxdxCCEfEEfCEEfCI式中式中, E為方波的幅值，為方波的幅值，E=E2-E1。 令令Cx的初始值為的初始值為C0，Cx為為Cx的增量，則的增量，則Cx=C0+Cx, 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Cd=C0則則 xdxCEfCCEfI)(由上式可以看出，由上式可以看出，I正比于正比于Cx。

8、R2D1D2ABR1C1C2USCMUrN+-+QQRS雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器A2A1PBA高低11RC 通過(guò)向充電MU電位上升MUUsrU當(dāng)時(shí)，為高NRUUrU， 為低BA低高當(dāng)當(dāng)C1=C2時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)C1C2時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)C1=C2時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)C1C2時(shí)時(shí)SCUAB=U -U11122112 APBPTUUTTTUUTT1111122211ln;ln rrUUTRCTR CUUUU12SC112U CCUCC=12SC112U CCUCC=SC10U dUd12SC112U CCUCC= 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 PLPH dxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA 各種電容式各種電容式差壓變送器外形差壓變送器外形 a)a)測(cè)振幅測(cè)振幅b)b)測(cè)軸回轉(zhuǎn)精度和軸心偏擺測(cè)軸回轉(zhuǎn)精度和軸心偏擺0 SCC dUES 西門子推出的西門子推出的“ID MouseID Mouse” ” 鼠標(biāo)。鼠標(biāo)上端安有指尖傳感鼠標(biāo)。鼠標(biāo)上端安有指尖傳感器，一旦指紋被識(shí)別，使用者器，一旦指紋被識(shí)別，使用者就可以啟動(dòng)就可以啟動(dòng)PCPC的操作系統(tǒng)。的操作系統(tǒng)。如果長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)鼠標(biāo)，它將自如果長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)鼠標(biāo)，它將自動(dòng)啟動(dòng)屏幕保護(hù)程序，直到使動(dòng)啟動(dòng)屏幕保護(hù)程序，直到使用者再次觸摸用者再次觸摸ID ID 鼠標(biāo)為止。