電容式傳感器

1、關(guān)于電容式傳感器第一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月概述 電容式傳感器電容式接近開關(guān)電容式指紋傳感器電容式變送器差壓傳感器各種電容式傳感器第二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月概述 電容式傳感器電容式傳感器典型應(yīng)用硅微電容式傳感器測(cè)量管道液位高度第三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月概述 電容式傳感器電容式傳感器的特點(diǎn)是： 小功率、高阻抗;本身發(fā)熱影響小; 電容器小幾十幾百微法，具有高輸出阻抗; 靜電引力?。O板間），工作所需作用力很??； 可動(dòng)質(zhì)量小,具有高的固有頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好； 可進(jìn)行非接觸測(cè)量。 傳統(tǒng)電容式傳感器主

2、要用于位移、振動(dòng)、角度、 加速度等機(jī)械量精密測(cè)量?，F(xiàn)逐漸應(yīng)用于壓力、壓差、液面、成份含量等方面的測(cè)量。第五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)電容式傳感器將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化。平板電容器的電容根據(jù)被測(cè)參數(shù)的變化分：變極距型電容傳感器(d)變面積型電容傳感器(A)變介質(zhì)型電容傳感器()第六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 電容傳感器聲波測(cè)量動(dòng)畫演示第七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月變極距(）型: (a)、(e) 變面積型(A)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 變介電常數(shù)( )型: （i）(l) 第八張

3、，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.2變極距型電容傳感器第九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.2變極距型電容傳感器基本特性若d從d0d0-d, 電容量C0C0+C, 則有當(dāng)時(shí),變極距式電容傳感器有近似線性關(guān)系,此時(shí)靈敏度1、第十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月為了獲得高靈敏度,一般d0(0.1-1mm)較小,但d0過小易引起電容器擊穿或短路。 電容C與極距d成非線性關(guān)系,為了減小非線性誤差,通常d變化范圍此類電容傳感器僅適于微小位移的測(cè)量 (0.01um數(shù)百微米)。6.1.2變極距型電容傳感器基本特性結(jié)論怎么辦呢？第十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022

4、年6月一般變極距型電容式傳感器的起始電容在 20100pF之間, 極板間距離在25200m的范圍內(nèi), 最大位移應(yīng)小于間距的1/10, 故在微位移測(cè)量中應(yīng)用最廣。對(duì)于云母，圖6-3 放置云母片的電容器云母片的相對(duì)介電常數(shù)為空氣的7倍,擊穿電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣的,因此可使極板之間的起始距離大大減小。6.1.2變極距型電容傳感器雙介電層第十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.2變極距型電容傳感器靈敏度/非線性1.靈敏度（變極距型）2.非線性（忽略了線性及以上高次項(xiàng)）泰勒展開非線性誤差：第十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月目的：1.提高靈敏度2.減小非線性誤差非線性誤差：靈敏度

5、：6.1.2變極距型電容傳感器差動(dòng)平板式第十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.3變面積型電容傳感器第十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.3變面積型電容傳感器圖5-6 電容式角位移傳感器原理圖6-6圖6-5 變面積型電容式傳感器原理圖第十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月變面積型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是: 輸出與輸入成線性關(guān)系,但與變極距型相比,靈敏度低,適用于較大角位移量及直線位移的測(cè)量。第十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.4變介質(zhì)型電容式傳感器1)圓筒形電容器的電容為：其中x為覆蓋的長

6、度第十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月變介電常數(shù)電容式傳感器原理動(dòng)畫演示6.1.4變介質(zhì)型電容式傳感器第二十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月柱式7電容的增量正比于被測(cè)液位高度,可測(cè)量一種流體的液位高度6-7第二十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.4變介質(zhì)型電容式傳感器平板式8電容變化與電介質(zhì)的移動(dòng)量L成線性關(guān)系可用來測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測(cè)量糧食、紡織器、木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度。 2)測(cè)量介質(zhì)的厚度（介質(zhì)可移動(dòng)）第二十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月小結(jié)變極距型變面積型變

7、介質(zhì)型電容式傳感器單管差分式靈敏度K非線性誤差或測(cè)液體高度、紙張厚度、非導(dǎo)電固體濕度第二十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三種電容式傳感器比較表第二十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2電容式傳感器的測(cè)量電路電容傳感器的特點(diǎn)：電容量小、變化更小（PF級(jí)）。理論上,交流電橋可作為電容傳感器的測(cè)量電路,但由于電容及變化太小,不易實(shí)現(xiàn)。常采用：1.調(diào)頻電路2.運(yùn)算放大器式電路3.脈沖寬度調(diào)制電路4、電橋電路第二十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.1調(diào)頻電路11特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換電路生成頻率信號(hào),可遠(yuǎn)距離傳輸不受干擾。具有較高的靈敏度,可以測(cè)量高至0.01m級(jí)位移變

8、化量。但非線性較差,可通過鑒頻器（頻壓轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后,進(jìn)行補(bǔ)償。6-9第二十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.2運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器要求：輸入阻抗高（避免泄漏）、放大倍數(shù)大（接近理想放大器）特點(diǎn)：1.輸出電壓與極板距離d成正比2.要求Zi及放大倍數(shù)足夠大3.為保證儀器精度,還要求電源電壓的幅值和固定電容穩(wěn)定4.由于Cx變化小,所以該電路實(shí)現(xiàn)起來困難圖6-10 運(yùn)算放大器式電路原理圖第二十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.3脈沖寬度調(diào)制電路C1充電,VF 。當(dāng)VF Uc時(shí),Q=0,信號(hào)反轉(zhuǎn),Q=1。C1經(jīng)D1放電。C2充電,VG 。當(dāng)VG Uc時(shí)

9、,Q=0，Q=1,再次反轉(zhuǎn)。C2經(jīng)D2放電。C1和C2為差動(dòng)電容第二十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.3脈沖寬度調(diào)制電路uAuBuABtttU1U1U0000T10UcuFtT20UcuGt輸出電壓uAB經(jīng)低通濾波后,便可得到一直流輸出電壓Uo,值為A、B 兩點(diǎn)電壓平均值uA與uB之差，即式中:T1、T2分別為C1、C2充至Uc需要的時(shí)間,即A點(diǎn)和B點(diǎn)的脈沖寬度;U1為觸發(fā)器輸出的高電位。第三十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.3脈沖寬度調(diào)制電路設(shè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出高電平U1，低電平0,R1=R2當(dāng)d1=d0-d,d2=d0+d時(shí),有直流輸出電壓uAB與極距變

10、化量成正比。或第三十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.3脈沖寬度調(diào)制電路對(duì)于差動(dòng)式變極距型電容式傳感器, 對(duì)于差動(dòng)式變面積型電容式傳感器,(6-29)(6-30)第三十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.4電橋電路交流電橋的多種形式第三十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 變壓器電橋電路第三十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 缺點(diǎn)：由于電路輸出為交流電，應(yīng)進(jìn)行相敏檢波 后，才能辨別位移方向。 對(duì)于變間隙式差分電容傳感器經(jīng)分析推導(dǎo)可得： 優(yōu)點(diǎn)：把變間隙式電容傳感器的位移與電容的非線 性關(guān)系 轉(zhuǎn)化為位移與輸出電壓的線性關(guān)系?？傻茫旱谌鍙垼?/p>

11、PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)：(1)輸入能量小而靈敏度高。(2)精度高達(dá)0.01%。(3)動(dòng)態(tài)特型好，適合測(cè)量動(dòng)態(tài)參數(shù)。(4)能量損耗小。(5)結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)性好(高溫、輻射等)缺點(diǎn)：電纜分布電容影響大。集成電路、雙屏蔽傳輸電纜等降低分布電容影響。廣泛用于位移、壓力、流量、液位等測(cè)量。6.3電容式傳感器的應(yīng)用第三十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月電容式傳感器的應(yīng)用舉例 1.電容式料位計(jì) 用于水泥、化工、罐裝 等傳感器靜電容： 電容測(cè)深度、角度第三十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月高壓側(cè)進(jìn)氣

12、口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器外形圖第三十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月電容式傳感器的應(yīng)用舉例 電容式壓力傳感器 電容式傳感器 電容傳感器盒膜結(jié)構(gòu)片P2玻璃盤鍍金層金屬膜片C2電極引線p1C1第四十張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月電容式傳感器的應(yīng)用舉例 電容式壓力傳感器 結(jié)構(gòu)： 測(cè)量膜片（金屬彈性膜片） 動(dòng)片； 兩個(gè)玻璃球面上鍍有金屬 定片； 膜片兩側(cè)左右兩定中充滿硅油。 工作過程： 當(dāng)兩室分別承受低壓（PL） 和高壓（PH）時(shí)，硅油能將 壓差 傳遞到 測(cè)量膜片，第四十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月電容式傳感器的應(yīng)用舉例 電

13、容式壓力傳感器 當(dāng)PH=PL時(shí)，膜片處于中間位置，C1=C2； 當(dāng)有差壓作用時(shí)，測(cè)量膜片產(chǎn)生形變： PH PL時(shí)，膜片PL向彎曲，C1C2，； PH C2； 將這種電容變化通過電路轉(zhuǎn)換為電壓變化 第四十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月各種電容式差壓變送器外形圖 第四十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3電容式傳感器的應(yīng)用（2）加速度傳感器6-121第四十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月硅微加工加速度傳感器原理 1加速度測(cè)試單元 2信號(hào)處理電路 3襯底 4底層多晶硅（下 電極） 5多晶硅懸臂梁 6頂層多晶硅（

14、上 電極）第四十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月硅微加工電容加速度傳感器第四十七張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月微加工三軸加速度傳感器技術(shù)指標(biāo)： 靈敏度：500mV/g 量程：10g 頻率范圍：0.5-2000Hz 安裝諧振點(diǎn):8kHz 分辨力：0.00004g 重量：200g 安裝螺紋：M5 mm 線性誤差：1% 第四十八張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 裝有傳感器的假人氣囊第四十九張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月汽車氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 第五十張，PPT共六十二

15、頁，創(chuàng)作于2022年6月利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)延時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置第五十一張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3電容式傳感器的應(yīng)用（3）差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器第五十二張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3電容式傳感器的應(yīng)用（3）差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器19第五十三張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3電容式傳感器的應(yīng)用（4）圖6-13 電容式傳聲器第五十四張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3電容式傳感器的應(yīng)用（4）電容式傳聲器第五十五張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電容量發(fā)生周期性變化,通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào),則頻率計(jì)顯示的頻率計(jì)顯示代表轉(zhuǎn)速。設(shè)齒數(shù)為z,頻率為f,則轉(zhuǎn)速為6.3電容式傳感器的應(yīng)用（5）1齒輪 2定級(jí) 3電容式傳感器 4頻率計(jì)第五十六張，PPT共六十二頁，創(chuàng)作于2022年6月陶瓷電容壓力傳感器液體壓力作用在陶瓷膜片的表面,使膜片產(chǎn)生位移。6.