第4章電容式傳感器

傳感器原理及應(yīng)用

第4章電容式傳感器主要內(nèi)容：

4.1電容傳感器工作原理

4.2電容傳感器輸出特性

4.3電容傳感器測(cè)量電路

4.4電容式傳感器的應(yīng)用舉例傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器概述傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

傳統(tǒng)電容式傳感器主要用于位移、角度、振動(dòng)、加速度等機(jī)械量精密測(cè)量。目前電容式傳感器逐漸應(yīng)用于壓力、壓差、液面、成份含量等方面的測(cè)量。應(yīng)用實(shí)例（電容測(cè)深度、角度）角度測(cè)量液位測(cè)量傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容式接近開關(guān)

ATM專用人體接近傳感器是一種用于檢測(cè)人體接近的控制器件,可準(zhǔn)確探知附近人物的靠近，是目前作為防盜報(bào)警和狀態(tài)檢測(cè)的最佳選擇。傳感器廣泛應(yīng)用于金融工商、自助銀行、ATM監(jiān)控人體接近報(bào)警等。內(nèi)部采用微電路芯片作程控處理，具有較高探測(cè)靈敏度和觸發(fā)可靠性探測(cè)與控制兩部分合二為一，守候功耗低，開關(guān)信號(hào)輸出，直接觸發(fā)報(bào)警錄像。探測(cè)人體接近距離遠(yuǎn)近可調(diào)，可調(diào)節(jié)半徑為(約)0-5米；

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容式觸摸板(屏)及按鍵對(duì)觸摸屏性能影響最為深遠(yuǎn)的技術(shù)改變要算是從電阻式轉(zhuǎn)移至電容式觸摸屏技術(shù)。2011年前，近25%的觸摸屏手機(jī)將由電阻式轉(zhuǎn)移至電容式觸摸屏。

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器如何區(qū)分電容屏屏幕手機(jī)和電阻屏屏幕手機(jī)

方法一：支持多點(diǎn)觸摸的必然是電容屏手機(jī)。（由于多點(diǎn)觸摸需要系統(tǒng)軟件的支持，所以不支持多點(diǎn)觸摸的也有可能還是電容屏。方法二：有觸摸筆的必定是是電阻屏手機(jī)方法三：用指甲可以觸控的是電阻屏手機(jī)。

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器如何區(qū)分電容屏屏幕手機(jī)和電阻屏屏幕手機(jī)

電容屏觸控工作方式：其觸摸屏由一塊四層復(fù)合玻璃屏構(gòu)成，并在表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在觸摸屏上時(shí)，由于人體電場(chǎng)和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容，對(duì)于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。這個(gè)電流分別從觸摸屏四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置信息。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器如何區(qū)分電容屏屏幕手機(jī)和電阻屏屏幕手機(jī)

電阻屏觸控工作方式：電阻觸摸屏的屏體是一塊多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層導(dǎo)電層(ITO膜)，上面再蓋有一層經(jīng)過硬化處理、光滑防刮的塑料層。它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開。當(dāng)手指接觸屏幕時(shí)，兩層ITO發(fā)生接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，控制器根據(jù)檢測(cè)到的電阻變化來計(jì)算接觸點(diǎn)的XY坐標(biāo)，再依照這個(gè)坐標(biāo)來進(jìn)行相應(yīng)的操作；因此這種技術(shù)必須是要使用硬物施力到屏幕上，才能獲得觸控效果。概述傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容式壓力變送器電容式差壓傳感器電容式接近開關(guān)電容式傳感器的特點(diǎn)是：電容器容量小(幾十～幾百微法)，輸出阻抗高;

極板靜電引力小，工作所需作用力很??；可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好；功率小，本身發(fā)熱影響小；可以進(jìn)行非接觸測(cè)量。第4章

電容式傳感器4.1電容傳感器工作原理傳感器原理及應(yīng)用電容式傳感器是將被測(cè)非電量變化成電容量的變化。電容傳感器工作原理可以用平板電容說明：X第4章

電容式傳感器4.1電容傳感器工作原理和類型傳感器原理及應(yīng)用改變式中S—極板面積，稱變面積型電容傳感器

—極板距離，稱變極距型電容傳感器

—介電常數(shù)，稱變介質(zhì)型電容傳感器其中：

—真空介電常數(shù)

—空氣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)近似為電容式傳感器極距型面積型介質(zhì)型傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器變極距型電容傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器變面積型電容傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器變介質(zhì)型電容傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器當(dāng)分母<<1時(shí)，用泰勒級(jí)數(shù)展開

初始電容，極距減小△δ

時(shí)，電容量增加△C4.2電容傳感器輸出特性

1.變極距型（δ）傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器1.變極距型（δ）做線性處理(忽略高次項(xiàng))后，電容相對(duì)變化量與電容極板的極距變化成正比定義電容傳感器靈敏度為第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用變極距型電容傳感器靈敏度與初始極距有關(guān)要提高傳感器靈敏度k0

應(yīng)減小初始極距，但初始極距受電容擊穿電壓限制；另外，初始極距與靈敏度相矛盾，變極距型電容傳感器適合測(cè)小位移；非線性誤差隨相對(duì)的位移的增加而增加，為保證線性度應(yīng)限制相對(duì)位移，限制了測(cè)量范圍；為提高靈敏度和改善非線性，一般采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)。討論：4.2電容傳感器輸出特性傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容特征方程式為：

差動(dòng)結(jié)構(gòu)的平板電容

設(shè)電容的動(dòng)極板移動(dòng)時(shí)C1增加，C2減小，且△C1=△C2

電容的總的變化量傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容相對(duì)變化量忽略高次項(xiàng)，電容相對(duì)變化量為傳感器（差動(dòng)式）靈敏度

相對(duì)非線性誤差為

差動(dòng)式電容傳感器比單個(gè)電容靈敏度提高一倍；非線性誤差減?。ǘ喑艘蜃樱?。

結(jié)論：

差動(dòng)結(jié)構(gòu)的平板電容

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器2.變面積型（S）

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器平板電容的初始電容值為電容的相對(duì)變化量與位移成正比

平板變面積型電容傳感器靈敏度當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)Δx后，兩極板間電容量為2.變面積型（S）

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器（平板）變面積式電容傳感器靈敏度k0為常數(shù)；討論：輸出特性為線性關(guān)系適合大位移測(cè)量可實(shí)現(xiàn)直線位移、角位移測(cè)量。第4章

電容式傳感器

3.變介電常數(shù)式（ε）傳感器原理及應(yīng)用變介電常數(shù)式電容傳感器與傳感器結(jié)構(gòu)有關(guān)，

分以下幾種情況：測(cè)介質(zhì)厚度

(紙張、薄膜厚度）_圖a

測(cè)介質(zhì)位移（介質(zhì)位置變化）_圖b

測(cè)介質(zhì)材料（介電常數(shù)，如介質(zhì)材料、液位)_圖c

測(cè)溫、濕度、容量（糧倉(cāng)、木材濕度）_圖d第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用測(cè)厚度電容與介質(zhì)參數(shù)之間關(guān)系與極距的幾何尺寸有關(guān)：介電常數(shù)包括被測(cè)介質(zhì)和空氣介質(zhì)介質(zhì)不變，極板面積S和極距δ一定，改變介質(zhì)厚度d，可設(shè)計(jì)為測(cè)厚儀器；測(cè)量介質(zhì)（ε）

，可設(shè)計(jì)為介電常數(shù)的測(cè)試儀器；第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用測(cè)位移介質(zhì)的厚度和材料不變，電容與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系與介質(zhì)在極板中的位置有關(guān)：式中：a、b

分別為平板電容的邊長(zhǎng)

測(cè)介電常數(shù)ε（液位檢測(cè)）通常根據(jù)容器的形狀計(jì)算無介質(zhì)時(shí)，容器C0為傳感器靜電容，中心檢測(cè)電極為電容器的一個(gè)極板，外側(cè)（或容器罐）是電容器的另一個(gè)極板。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

燃油增加，hx增大，△C也增大；燃油減少，hx減少，△C也減小。

通過測(cè)量電容的大小就能知道油量的多少。測(cè)液位——油量測(cè)量傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器測(cè)液位測(cè)量管道液位高度傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器測(cè)液位4.3測(cè)量電路

1)電容傳感器的等效電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容傳感器的等效電路包括:

傳感器電容C0

；A、B兩端導(dǎo)線分布電容Cp，Cp>C0。傳輸線的電感L0、電阻R（?。?；極板等效漏電阻Rg；

低頻時(shí)Xc大，L、R可忽略；高頻時(shí)Xc

小，L、R不可忽略，

工作頻率10MHz以上要考慮電纜電感L的影響，這時(shí)相當(dāng)有一LC串聯(lián)電路，有一個(gè)諧振頻率f0，當(dāng)f=f0時(shí)串聯(lián)諧振阻抗最小，系統(tǒng)無法工作。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器解決的方法:屏蔽電容轉(zhuǎn)換元件，消除靜電場(chǎng)和交變磁場(chǎng)；前級(jí)緊靠轉(zhuǎn)換元件裝在同一殼體內(nèi)避免信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸；驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)，連接電纜采用雙層屏蔽，內(nèi)屏蔽與被屏蔽的導(dǎo)線的電位相同，（跟隨器）使傳輸電纜與內(nèi)屏蔽層等電位，屏蔽線上有隨傳感器信號(hào)變化的電壓（所以稱驅(qū)動(dòng)電纜），從而消除芯線對(duì)內(nèi)層屏蔽層的容性漏電減小寄生電容的影響。內(nèi)外屏蔽之間的電容是放大器負(fù)載。驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)是一種等電位屏蔽方法。這一方法可在10m距離不影響傳感器性能，保證電容1pF時(shí)也能正常工作。提高電容傳感器穩(wěn)定性。電容傳感器中電容值變化都很微小，必須通過測(cè)量電路將電容變化轉(zhuǎn)換為電流、電壓、頻率的變化。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器由電容轉(zhuǎn)換元件組成的變壓器式交流電橋測(cè)量系統(tǒng)電容傳感器兩個(gè)橋臂為差動(dòng)形式代入：4.3測(cè)量電路

2)電橋電路交流電橋的輸出電壓為第4章

電容式傳感器2)電橋電路

傳感器原理及應(yīng)用

將上式帶入后，輸出電壓與位移變化成理想線性關(guān)系極板在中間位置時(shí)動(dòng)片上移時(shí)兩電容分別變化為傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器交流電橋的多種形式第4章

電容式傳感器3)二極管雙T型電路

傳感器原理及應(yīng)用

UE

高頻對(duì)稱方波電源，D1、D2

二極管，特性相同；

C1、C2傳感器差動(dòng)電容；R1、R2

為固定電阻，RL負(fù)載。一個(gè)周期內(nèi)RL上的平值電壓為

一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載RL上輸出電壓URL與電容的差值(C1-C2)成正比。

式中：M為常數(shù)；

UE、

f為電源電壓幅值和頻率。

第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用工作原理分析

t>0電路接通，C1充電至UC1=UE

；雙T型電路動(dòng)畫

3）二極管雙T型電路

負(fù)載上電流：IL’=I1’（放電）+I2’（電源）

t=t2

，UE正半周，D1導(dǎo)通，D2截止

C1=C2時(shí)IL=IL’大小相等方向相反

一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電阻上電壓平均值為

t=t1

，UE負(fù)半周，D1截止，D2導(dǎo)通

負(fù)載上電流：IL=I1（電源）+I2（放電）4）差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電路原理框圖電路組成

A1、A2比較器；FF雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作輸出;VD1、VD2與電阻R1、R2組成充放電回路；Uf參考直流電壓，與C、D電壓比較;電容Cx1、Cx2為傳感器差動(dòng)電容。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器波形圖

C1=C2，UC、UD放電時(shí)間相同，輸出平均電壓U0=0；

C1≠C2，輸出平均電壓U0≠0，若C1＞C2，輸出A、B兩點(diǎn)的平均值等于UA、UB之差。雙穩(wěn)態(tài)的兩個(gè)輸出端各產(chǎn)生一調(diào)制脈沖，脈沖寬度受C1、C2調(diào)制。輸出為兩端之差：低通輸出式中：U1為觸發(fā)器輸出高電平值4.差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器4.差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路

T=RC

若R1=R2輸出電壓與兩個(gè)傳感器電容的差值成正比變面積型，輸出與兩電容的面積差值成正比變極距型，輸出與兩電容的極距差值成正比輸出電壓與兩個(gè)充放電回路時(shí)間常數(shù)的差成正比5.運(yùn)算放大器式電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

C0固定電容，Cx傳感器電容，設(shè)K為理想運(yùn)放，a為虛地；設(shè)開環(huán)放大器有高的輸入阻抗輸入輸出對(duì)于單極板平板電容器傳感器，輸出電壓U0與機(jī)械位移δ成線性關(guān)系，解決了單電容的非線性關(guān)系問題。

輸出6．調(diào)頻電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器諧振曲線調(diào)頻測(cè)量電路把電容傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分，當(dāng)輸入被測(cè)信號(hào)使電容發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化。由于系統(tǒng)是非線性的，必須加入鑒頻器將頻率變化轉(zhuǎn)化換為電壓的變化。第4章

電容式傳感器4.4電容式傳感器的應(yīng)用舉例傳感器原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)：球型、平面型差動(dòng)電容傳感器電容傳感器盒膜片結(jié)構(gòu)凸玻璃圓片彈性膜片(動(dòng)電極)固定電極PP彈性膜片(動(dòng)電極)固定電極

1）電容式壓力傳感器第4章

電容式傳感器1）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用球型結(jié)構(gòu)：金屬?gòu)椥阅て獎(jiǎng)悠y(cè)量膜）；兩個(gè)玻璃球面上鍍有金屬—定片；膜片左右兩側(cè)充滿硅油。

工作過程：兩室分別承受低壓PL和高壓PH，硅油能將壓差傳遞到測(cè)量膜片。電容傳感器盒膜片結(jié)構(gòu)第4章

電容式傳感器1）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用當(dāng)PH=PL時(shí)C1=C2；膜片處于中間位置，

當(dāng)有差壓作用時(shí)，測(cè)量膜片產(chǎn)生形變：

PH>PL時(shí)，膜片向PL彎曲，C1<C2，

PH<PL時(shí)，膜片向PH彎曲，C1>C2；前極電路將這種電容變化通過電路轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡妷夯螂娏鞯淖兓?）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中，膜片式壓力計(jì)是最常用的一種，電容膜片壓力傳感器分為：計(jì)示壓力計(jì)（表壓），絕對(duì)壓力計(jì)，壓差計(jì)。計(jì)示壓力計(jì)（表壓）以大氣為基準(zhǔn)，測(cè)管道、箱內(nèi)、罐中壓力計(jì)示壓力計(jì)（表壓）1）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器絕對(duì)壓力計(jì)

以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)，測(cè)量蒸發(fā)罐、反應(yīng)罐中的壓力；壓差計(jì)

測(cè)兩個(gè)壓力的差值絕對(duì)壓力計(jì)傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器傳感器基準(zhǔn)接大氣低壓閥高壓閥選通閥管道傳感器接真空低壓閥高壓閥管道反應(yīng)罐計(jì)示壓力計(jì)（表壓）

絕對(duì)壓力計(jì)

1）電容式壓力傳感器基準(zhǔn)2）電容板材在線測(cè)厚儀

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容測(cè)厚儀用于測(cè)量金屬帶材在軋制過程中的厚度變化帶材是電容的動(dòng)極板，總電容C1+C2作為橋臂。帶材只是上下波動(dòng)時(shí)Cx=C1+C2

總的電容量不變；帶材的厚度變化使電容Cx

變化。采用變壓器式輸出電橋電路?；蛴眉蛇\(yùn)放電路輸出與帶材厚度關(guān)系為：2）電容板材在線測(cè)厚儀

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器3）電容傳感器稱重、測(cè)振動(dòng)位移、加速度

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容式稱重傳感器F絕緣材料定極板動(dòng)極板極板支架彈性體在彈性鋼體上，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，圓孔變形，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化，測(cè)量誤差大大減小。配接調(diào)頻式電路，就會(huì)引起振蕩器的振蕩頻率變化，頻率信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)、編碼，傳輸?shù)斤@示部分。稱重3）電容傳感器稱重、測(cè)振動(dòng)位移、加速度

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器測(cè)振動(dòng)位移3）電容傳感器稱重、測(cè)振動(dòng)位移、加速度

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器彈簧片定極板2質(zhì)量塊（動(dòng)極板）定極板1絕緣體aC1C2m兩個(gè)固定極板間有一個(gè)用彈簧片支撐的質(zhì)量塊m，質(zhì)量塊的兩端面經(jīng)拋光后作為動(dòng)極板；當(dāng)傳感器測(cè)量豎直方向的振動(dòng)時(shí)，由于m的慣性作用，使其相對(duì)固定電極產(chǎn)生位移；兩個(gè)差動(dòng)電容器C1和C2的電容發(fā)生相應(yīng)的變化，其中一個(gè)變大，另一個(gè)變小。測(cè)加速度4）電容傳聲器原理傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器PC機(jī)上的麥克風(fēng)是一個(gè)電容傳聲器（Microphone）即話筒，音譯作麥克風(fēng)，由振動(dòng)膜片、剛性極板、電源和負(fù)載組成。當(dāng)膜片受到聲波的壓力，并隨著壓力的大小和頻率的不同而振動(dòng)時(shí)，膜片極板之間的電容量就發(fā)生變化。與此同時(shí)極板上的電荷隨之變化，從而使電路中的電流也相應(yīng)變化，負(fù)載電阻上也就有相應(yīng)的電壓輸出，完成聲電轉(zhuǎn)換。

4）電容傳聲器原理傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器計(jì)算機(jī)中一般使用的是駐極體電容傳聲器，工作原理和電容傳聲器相同，它采用一種聚四氟乙烯材料作為振動(dòng)膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后表面被永久地駐有極化電荷，從而取代了電容傳聲器的極板，故名為駐極體電容傳聲器。駐極體電容傳聲器大膜片電容傳聲器傳聲器目前使用的話筒大多是動(dòng)圈式和電容式。電容傳聲器以振膜與后極板間的電容量變化通過前置放大器變換為輸出電壓。5）力平衡式加速度傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器力平衡式傳感器系統(tǒng)是先將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成力或力矩,然后用反饋力與它平衡，可測(cè)加速度、角速度、壓力變量等。力平衡式傳感器屬慣性系統(tǒng)，是典型的二階機(jī)械系統(tǒng)，固有頻率ω和阻尼比ξ決定于慣性元件的阻尼系數(shù)和彈性系數(shù)，慣性元件的傳遞函數(shù)為：

5）力平衡式加速度傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器目前力平衡式傳感器系統(tǒng)主要應(yīng)用于超低頻、低加速度測(cè)量，是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵元件。因?yàn)榧铀俣仁俏矬w唯一不依賴外部參照物的運(yùn)動(dòng)參量。

在導(dǎo)彈的慣性系統(tǒng)平臺(tái)上，沿三個(gè)坐標(biāo)安裝三只力平衡系統(tǒng)式加速度傳感器，可分別測(cè)出三個(gè)軸向的加速度。通過積分器計(jì)算機(jī)求出三個(gè)軸向的速度和位移，確定運(yùn)動(dòng)物體在空間的坐標(biāo)位置，提供各種反饋控制信號(hào)。

YZX5）力平衡式加速度傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器力平衡式加速度傳感器結(jié)構(gòu)：M慣性元件、C1、C2位移傳感器、磁力矩器、電容動(dòng)片固定在質(zhì)量塊上。力矩器的反饋力產(chǎn)生與加速度有關(guān)的電流電壓慣性力β-力矩器的機(jī)電偶合系數(shù)工作原理：殼體加速度當(dāng)Fx（慣性力）=Fβ（反饋力）時(shí)，位移y=0。電容的差值可反映位移的大小。6）電容式料位計(jì)

第4章

電容式傳感器可用于水泥、化工、罐裝等檢測(cè)電極為電容的一個(gè)極板，罐子外殼為電容的另一個(gè)極。傳感器原理及應(yīng)用Dd檢測(cè)電路測(cè)定電極儲(chǔ)罐ε0ε1hxH第一項(xiàng)為傳感器靜電容為C0

SDK射頻電容式物位開關(guān)由儀表和探極兩部分組成。利用被測(cè)物料的介電常數(shù)與空氣不同，當(dāng)倉(cāng)內(nèi)物位發(fā)生變化時(shí)引起探極對(duì)倉(cāng)壁間的電容量變化；且變化值超過設(shè)定值時(shí)，限位開關(guān)內(nèi)的繼電器動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)量達(dá)到控制／報(bào)警的目的。工業(yè)用電容式料位計(jì)射頻電容式物位限位開關(guān)幾種不同探極形式的限位開關(guān)工作原理如圖示，兩個(gè)正對(duì)的金屬板形成了一個(gè)電容器。限位開關(guān)安裝于倉(cāng)體上時(shí)，探極和倉(cāng)壁分別相當(dāng)于電容器的兩個(gè)極板。電容量為C=K·A·ε/d

其中：

Ｋ為系數(shù)

Ａ為極板面積

d為極板間距離

ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)

dSDK儀表及顯示SDK測(cè)量電容是以頻率f為顯示在式C=K·A·ε/d中K、A、d為常數(shù)，

C決定于ε的大小ε、Ｃ、f關(guān)系為：ε↑、Ｃ↑、f↓報(bào)警點(diǎn)設(shè)置即動(dòng)作頻率的設(shè)置

技術(shù)參數(shù)工作環(huán)境：相對(duì)濕度≤98%

溫度-10℃～60℃/-30℃～85℃；電源電壓：AC220（1±10%）V50HzDC24V功耗：≤3W輸出信號(hào)：繼電器接點(diǎn)輸出（觸點(diǎn)容量3A/250VAC或30VDC）輸出延時(shí)：內(nèi)部輸出延時(shí)1～3秒安裝結(jié)構(gòu)：一體化結(jié)構(gòu)防爆標(biāo)志：ExdⅡBT4過程連接：R1/R1.5管螺紋。電氣連接:G1/2第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用測(cè)量轉(zhuǎn)換電路安裝在探頭內(nèi)部液位檢測(cè)UQK系列浮球液位控制器當(dāng)液位達(dá)到高、低極限位置時(shí)，控制器輸出觸點(diǎn)開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警或設(shè)備控制。自檢式液位控制器除具備上述功能外，還可在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)控制器進(jìn)行自檢，以確?？刂破骷跋到y(tǒng)安全運(yùn)行。其他形式的料位計(jì)

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器伺服式液位計(jì)1、步進(jìn)電機(jī)2、力傳感器3、測(cè)量鋼尺4、計(jì)量浮子5、機(jī)械傳動(dòng)部件6、智能電路基本組成部分主要部件—計(jì)量浮子多功能浮子：用來感受介質(zhì)產(chǎn)生的浮力。根據(jù)需要在浮子內(nèi)裝入壓力傳感器、溫度傳感器、水位檢測(cè)器、超大規(guī)模集成電路、電容元件等；本浮子采用電容充電方式為檢測(cè)電路提供能量，每次通訊時(shí)由液位計(jì)對(duì)電容進(jìn)行充電。根據(jù)需要與液位計(jì)無線通訊。工作原理—液位測(cè)量測(cè)得浮子在空氣中重力F空和在介質(zhì)中的浮力F油。計(jì)算設(shè)定值（F空－F油）/2

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使浮子到達(dá)設(shè)定值對(duì)應(yīng)的位置。通過測(cè)量鋼帶測(cè)出此位置的數(shù)值。

工作原理—密度測(cè)量采用浮子內(nèi)安裝的壓力變送器測(cè)量密度。

P=ρSL

P

某深度測(cè)得的壓力

S

接受壓力的面積

L

測(cè)量點(diǎn)深度浮子停在特定的位置并測(cè)量浮子的重量F油。知道浮子的體積V，在空氣中的重量F空，在此特定位置的相對(duì)密度就可以被計(jì)算出來。

ρ=（F空－F油）/V

工作原理—溫度、壓力測(cè)量液位計(jì)將浮子從液位提到復(fù)位點(diǎn)，浮子接收到讀綜合參數(shù)的命令后向液位計(jì)發(fā)送校驗(yàn)正確命令，液位計(jì)根據(jù)預(yù)先約定在確定的時(shí)間內(nèi)浮子下降到固定高度。當(dāng)約定的時(shí)間到后，浮子內(nèi)CPU讀取一次壓力和溫度的數(shù)據(jù)并保存在內(nèi)存中。當(dāng)一次定時(shí)結(jié)束后浮子繼續(xù)下降到另一個(gè)位置，浮子內(nèi)CPU在預(yù)