2-2電容傳感器重點課件

2.2電容傳感器

10/5/20231將被測量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化工作原理:2.2電容傳感器10/5/20232+++

A

兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:

δ:極板間的距離

ε:極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)

A:極板面積第一節(jié)電容式傳感器工作原理及結構形式

0:真空介電常數(shù)10/5/20233第一節(jié)電容式傳感器工作原理及結構形式上式中，哪幾個參量是變量？可以做成哪幾種類型的電容傳感器？

電容傳感器的基本理想公式為10/5/20234第一節(jié)電容式傳感器的工作原理及結構形式改變A、δ

、

三個參量中的任意一個量，均可使平板電容的電容量C改變。固定三個參量中的兩個，可以做成三種類型的電容傳感器。

電容傳感器的基本理想公式為10/5/20235（1）角位移型+++一、變面積式電容傳感器10/5/20236（2）平面線位移型一、變面積式電容傳感器10/5/20237（3）柱面線位移型.一、變面積式電容傳感器10/5/20238變面積式電容傳感器的特性變面積式電容傳感器的輸出特性是線性的，靈敏度是常數(shù)（較低

）。這一類傳感器多用于檢測直線位移、角位移、尺寸等參量（較大）。請畫出變面積式電容傳感器的輸出特性曲線！10/5/20239二、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，改變了兩極板之間的距離d，從而使電容量發(fā)生變化。

實際使用時，總是使初始極距d0盡量小些，以提高靈敏度，但這也帶來了變極距式電容器的行程較小(0.1μm-1mm)的缺點。10/5/202310二、變極距式電容傳感器

10/5/202311變極距式電容傳感器的特性曲線

從圖中可以看到，為了提高靈敏度，應使當d0小些還是大些？當變極距式電容傳感器的初始極距d0較小時，它的測量范圍變大還是變小？a）

結構示意圖b）電容量與極板距離的關系1—定極板2—動極板

10/5/202312三、變介電常數(shù)式電容傳感器10/5/202313

但通常變介電常數(shù)式電容傳感器采用雙圓柱桶狀，如下所示：L-xx2rRε0ε110/5/202314三、變介電常數(shù)式電容傳感器表1

幾種介質(zhì)的介電常數(shù)10/5/202315變介電常數(shù)式電容傳感器的用途

根據(jù)表1，分析不同介質(zhì)對變介電常數(shù)電容器的影響。在電容器兩極板間插入干的紙和潮濕的紙時，哪一種情況下的電容量大？可以用于測量什么非電量？10/5/202316第二節(jié)電容式傳感器的測量轉(zhuǎn)換電路

（調(diào)頻電路）調(diào)頻電路將電容式傳感器作為LC振蕩器諧振回路的一部分，當電容傳感器工作時，電容Cx發(fā)生變化，就使振蕩器的頻率f

產(chǎn)生相應的變化。

10/5/202317調(diào)頻（FM）電路

10/5/202318第三節(jié)電容式傳感器的應用電容器的容量受三個因素影響，即：極距x、相對面積A和極間介電常數(shù)

。固定其中兩個變量，電容量C就是另一個變量的一元函數(shù)。只要想辦法將被測非電量轉(zhuǎn)換成極距或者面積、介電常數(shù)的變化，就可以通過測量電容量這個電參數(shù)來達到非電量電測的目的。

10/5/202319一、電容式液位計

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時，引起棒狀電極與導電液體之間的電容變大。

聚四氟乙烯外套10/5/202320電容式液位限位傳感器液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而是給出開關量。當液位到達設定值時，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號。10/5/202321液位限位傳感器的設定智能化液位傳感器的設定方法十分簡單：用手指壓住設定按鈕，當液位達到設定值時，放開按鈕，智能儀器就記住該設定。正常使用時，當水位高于該點后，即可發(fā)出報警信號和控制信號。設定按鈕10/5/202322智能化液位限位傳感器的設定按鈕超限燈正常工作指示燈設定按鈕電源指示燈10/5/202323二、硅微加工加速度傳感器圖示加速度傳感器以微細加工技術為基礎，既能測量交變加速度（振動），也可測量慣性力或重力加速度。其工作電壓為2.7～5.25V，加速度測量范圍為數(shù)個g，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的PWM脈沖。10/5/202324電容式加速度傳感器在汽車中的應用

加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當測得的負加速度值超過設定值時，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。

裝有傳感器的假人氣囊10/5/202325汽車氣囊的保護作用

使用電容式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。

10/5/202326汽車氣囊對駕駛員的保護作用10/5/202327利用電容式加速度傳感器實現(xiàn)延時起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置10/5/202328三、濕敏電容

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。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)大為增加（水的相對介電常數(shù)為80），所以電容量增大。

10/5/202329濕敏電容外形吸水高分子薄膜10/5/202330濕敏電容模塊及傳感器外形10/5/202331濕敏電容傳感器的安裝使用在野外的使用帶報警器的家庭使用型10/5/202332多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形

10/5/202333四、電容式油量表

機械式油量表：在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生間水箱里的浮球，通過杠桿帶動電阻絲式圓盤電位器，由電流表指示出油量。10/5/202334電容式油量表當油箱中注滿油時，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為

m處。當油箱中的油位降低時，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失去平衡，伺服電動機反轉(zhuǎn)，指針逆時針偏轉(zhuǎn)（示值減小），同時帶動RP的滑動臂移動。當RP阻值達到一定值時，電橋又達到新的平衡狀態(tài)，伺服電動機停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（

x處）。10/5/202335上頁所示的油量表在傾斜狀態(tài)時可以使用嗎？為什么？

該油量表可用于飛機油箱10/5/202336五、電容式接近開關

被檢測物體可以是導電體、介質(zhì)損耗較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體等）；可以是接地的，也可以是不接地的。調(diào)節(jié)接近開關尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測物不同來改變動作距離。10/5/202337電容式接近開關外形齊平式非齊平式10/5/202338非齊平式接近開關的安裝非齊平式安裝時，傳感器高于安裝支架，易損壞。10/5/202339全密封防水式遠距離式（大量程）10/5/2023