第5章 電容傳感器

2023/10/171第五章電容傳感器本章介紹電容傳感器的分類(lèi)、結(jié)構(gòu)、基本原理及應(yīng)用，重點(diǎn)介紹調(diào)頻FM電路。還介紹硅微機(jī)械加工技術(shù)制作的擺式硅微電容加速度傳感器，電容接近開(kāi)關(guān)，以及壓力、液位、流量的基本概念，測(cè)量方法等。有一些頁(yè)面的文字較多，

請(qǐng)教師根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)方向做減法。2023/10/172第一節(jié)電容傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式第二節(jié)電容傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)電容傳感器的應(yīng)用第四節(jié)壓力、液位和流量的測(cè)量

第五章電容傳感器目錄進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入現(xiàn)在時(shí)間是：*第一節(jié)電容傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容傳感器以各種類(lèi)型的電容器作為傳感器元件，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再經(jīng)測(cè)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(diǎn)：1）可獲得300%以上的相對(duì)變化量。2）能在惡劣的環(huán)境條件下工作。3）所需的激勵(lì)源功率小，本身發(fā)熱問(wèn)題可不予考慮。4）膜片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)比電感傳感器的銜鐵快。高職資料咨詢(xún)電話(huà)容器在收音機(jī)中的應(yīng)用并聯(lián)在收音機(jī)LC諧振電路的電感兩端的電容量越大，所接收到的電臺(tái)的頻率就越低。電容器（變?nèi)荻O管）在收音機(jī)中，用于改變諧振頻率，從而調(diào)整到所要接收的電臺(tái)。變?nèi)荻O管在收音機(jī)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，PN結(jié)就越厚，上、下極板（P極和N極）的“間距”就越大，變?nèi)荻O管的“結(jié)電容”Cj就越小，與微調(diào)電容C0并聯(lián)后，收音機(jī)的諧振電路的頻率f就越高。第一節(jié)電容傳感器的工作原理

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(lái)說(shuō)明。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，其電容為式中

A——兩極板相互遮蓋的有效面積（m2）；d——兩極板間的距離，也稱(chēng)為極距（m）；ε

——兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)（F/m）；εr——兩極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；ε0——真空介電常數(shù),ε0=8.85

10-12(F/m)。三種類(lèi)型的電容傳感器在A、d、ε三個(gè)參量中，改變其中任意一個(gè)量，均可使電容C改變。也就是說(shuō)，電容C是A、d、ε的函數(shù)，這就是電容傳感器的基本工作原理。固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以制作成以下三種類(lèi)型的電容傳感器：變面積式電容傳感器、變極距式電容傳感器、變介電常數(shù)式電容傳感器。一、變面積式電容傳感器CCCd0A

xxd01－定極板2－動(dòng)極板3－外圓筒4－內(nèi)圓筒5－導(dǎo)軌6－測(cè)桿7－被測(cè)物8—水平基準(zhǔn)變面積式電容傳感器簡(jiǎn)析圖a是平板形直線(xiàn)位移式結(jié)構(gòu)，其中極板1可以左右移動(dòng)，稱(chēng)為動(dòng)極板。極板2固定不動(dòng)，稱(chēng)為定極板。圖b是同心圓筒形變面積式傳感器。外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。圓筒形直線(xiàn)位移傳感器外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。設(shè)內(nèi)圓筒的外半徑、外圓筒的內(nèi)半徑分別為R和r，兩者原來(lái)的遮蓋長(zhǎng)度為h0，電容量與位移成正比：CxAA角位移式的電容傳感器結(jié)構(gòu)1-動(dòng)極板2-定極板保持極距d0不變C角位移A極板2的軸由被測(cè)物體帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)一個(gè)角位移

度時(shí),兩極板的遮蓋面積A就減小,因而電容量也隨之減小。變面積式電容傳感器的特性曲線(xiàn)變面積式電容傳感器的輸出特性在一小段范圍內(nèi)是線(xiàn)性的，靈敏度是常數(shù)。這一類(lèi)傳感器多用于檢測(cè)直線(xiàn)位移、角位移、尺寸等參量。CAA1-實(shí)際特性2-理論特性二、變極距式電容傳感器

當(dāng)動(dòng)極板受被測(cè)物體作用引起位移時(shí)，改變了兩極板之間的距離d，從而使電容量發(fā)生變化。

實(shí)際使用時(shí)，總是使初始極距d0盡量小些，以提高靈敏度，但這也帶來(lái)了變極距式電容器的行程較小的缺點(diǎn)。變極距式電容傳感器的特性曲線(xiàn)

從圖中可以看到，為了提高靈敏度，應(yīng)使d0小一些為好，但行程變小（動(dòng)靜極板接觸）。a）結(jié)構(gòu)示意圖b）電容量與極板距離的關(guān)系1—定極板

2—?jiǎng)訕O板3－彈性膜片差動(dòng)式電容傳感器

a）差動(dòng)變極距式b）差動(dòng)變面積式

1－動(dòng)極板

2－定極板差動(dòng)電容傳感器的靈敏度比非差動(dòng)提高近一倍,線(xiàn)性也得到改善。外界的影響諸如溫度、激勵(lì)源電壓、頻率變化等也基本能相互抵消。電容傳感器的非線(xiàn)性誤差還可以進(jìn)一步用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算修正。差動(dòng)式電容傳感器特性曲線(xiàn)1-上面的電容特性2-下面的電容特性3-差動(dòng)特性線(xiàn)性好，靈敏度高

A1A2C1C21-上、下外電極引線(xiàn)2-接地電極三、變介電常數(shù)式

因?yàn)楦鞣N介質(zhì)的相對(duì)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(shí)，電容器的電容量也就不同。表5-1

幾種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)變介電常數(shù)式電容傳感器的用途

不同介質(zhì)對(duì)變介電常數(shù)電容器的影響很大。當(dāng)介質(zhì)厚度δ保持不變、而相對(duì)介電常數(shù)εr改變時(shí)，該電容器可作為相對(duì)介電常數(shù)εr的測(cè)試儀器。又如，當(dāng)空氣濕度變化，介質(zhì)吸入潮氣（εr水=80）時(shí)，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(duì)濕度傳感器。反之，若εr不變，則可作為檢測(cè)介質(zhì)厚度的傳感器。變介電常數(shù)式電容傳感器測(cè)量絕緣體的厚度

當(dāng)某種被測(cè)介質(zhì)處于兩極板間時(shí)，介質(zhì)的厚度δ越大，電容Cδ也就越大。Cδ等效于空氣所引起的電容C1和被測(cè)介質(zhì)所引起的電容C2的并聯(lián)。由于被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)比空氣大許多倍，被測(cè)介質(zhì)越厚，上下極板之間的電容量就越大。磁粉制動(dòng)器勵(lì)磁信號(hào)電動(dòng)機(jī)張力信號(hào)張力傳感器張力傳感器信號(hào)處理器厚度信號(hào)絕緣薄膜張力及厚度測(cè)量系統(tǒng)拉力上下極板電容式液位計(jì)(可以理解為變面積或變介電原理)a)同軸內(nèi)外金屬管式b)金屬管外套聚四氟乙烯套管式c)帶底座的電容液位傳感器的結(jié)構(gòu)1－內(nèi)圓筒

2－外圓筒

3－被測(cè)絕緣液體4－被測(cè)導(dǎo)電液體5－聚四氟乙烯套管6－頂蓋7－絕緣底座8－信號(hào)傳輸屏蔽電纜變面積式電容式液位計(jì)（導(dǎo)電液體）棒狀電極（不銹鋼金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，不銹鋼金屬管的下半部分與導(dǎo)電液體之間構(gòu)成電容，兩者之間的介質(zhì)就是聚四氟乙烯薄層。聚四氟乙烯外套電容式液位限位傳感器當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體（接地）之間的電容變大。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(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的系列。聚四氟乙烯外套液位限位傳感器的設(shè)定

智能化液位傳感器的設(shè)定方法：用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開(kāi)按鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時(shí)，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)。設(shè)定按鈕2023/10/1725智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕超限燈正常工作指示燈設(shè)定按鈕電源指示燈第二節(jié)電容傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一、橋式電路a）單臂接法b）差動(dòng)接法1MHz左右的高頻電源經(jīng)變壓器接到電容橋的一個(gè)對(duì)角線(xiàn)上，電容C1、C2、C3、Cx構(gòu)成電橋的四臂，Cx為電容傳感器，交流電橋平衡時(shí)，輸出電壓為零。當(dāng)Cx改變時(shí)，uo≠0，橋路有輸出電壓。二、調(diào)頻（FM）電路

調(diào)頻電路是將電容傳感器作為L(zhǎng)C振蕩器諧振回路的一部分,當(dāng)電容Cx變大時(shí),振蕩器的頻率f變低。由于振蕩器的頻率受電容傳感器的調(diào)制,實(shí)現(xiàn)C-f

轉(zhuǎn)換。電容式傳感器的調(diào)頻電路與電渦流傳感器的調(diào)頻電路有何區(qū)別？上式中哪個(gè)量是變量？TTL電平的高電平和低電平電壓范圍分別是多少伏？第三節(jié)電容式傳感器的應(yīng)用電容器的容量受三個(gè)因素影響，即：極距x、相對(duì)面積A

和極間介電常數(shù)

。固定其中兩個(gè)變量，電容量C就是另一個(gè)變量的一元函數(shù)。只要想辦法將被測(cè)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(guò)測(cè)量電容量這個(gè)電參數(shù)來(lái)達(dá)到非電量電測(cè)的目的。

回目錄一、電容測(cè)厚儀（導(dǎo)電物體）在被測(cè)金屬帶材的上下兩側(cè)各放置一塊面積相等、與帶材距離相等的定極板，定極板與金屬帶材之間就形成了兩個(gè)電容器C1和C2。把兩塊定極板用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)，就相當(dāng)于C1與C2并聯(lián)，總電容C=C1+C2。如果帶材厚度發(fā)生變化，則引起極距d1、d2電容的變化，從而導(dǎo)致總電容C的改變，用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘷z測(cè)出來(lái)，經(jīng)過(guò)放大，可由顯示儀表顯示出帶材厚度的變化。使用上、下兩個(gè)極板是為了克服帶材在傳輸過(guò)程中的上下波動(dòng)帶來(lái)的誤差。例如，當(dāng)帶材向下波動(dòng)時(shí)，d1變大，d2變小，則C1減小，C2增大，C基本不變。2023/10/1730一、電容測(cè)厚儀（導(dǎo)電物體）（續(xù)）電容測(cè)厚儀示意圖1－金屬帶材2－電容極板3－導(dǎo)向輪4－軋輥二、電容加速度傳感器微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)可以將一塊多晶硅加工成多層結(jié)構(gòu)，制作“三明治”擺式硅微電容加速度傳感器。在硅襯底上，制造出三個(gè)多晶硅電極，組成差動(dòng)電容C1、C2。底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動(dòng)。中間層多晶硅是一個(gè)可以上下微動(dòng)的振動(dòng)片，左端固定在襯底上，所以相當(dāng)于懸臂梁。它的核心部分可以小于φ3mm左右，與測(cè)量轉(zhuǎn)換電路一起封裝在貼片IC封裝中。工作電壓為2.7～5V，加速度測(cè)量范圍為幾十個(gè)g，可輸出與加速度成正比的電壓?！叭髦巍睌[式硅微電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)1－加速度測(cè)試單元2－信號(hào)調(diào)理單元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（上電極）

a）厚膜封裝外形b）“三明治”多晶硅多層結(jié)構(gòu)c）加速度測(cè)試單元的工作原理硅微加工三軸加速度傳感器

如果在殼體內(nèi)的三個(gè)相互垂直方向安裝三個(gè)加速度傳感器，就可以測(cè)量三維方向的振動(dòng)或加速度。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：M5mm，線(xiàn)性誤差：≤1%

加速度傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用

當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，氣囊電控單元據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，就啟動(dòng)轎車(chē)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。

裝有多種碰撞參數(shù)測(cè)量傳感器的假人氣囊汽車(chē)氣囊的膨脹狀態(tài)使用加速度傳感器可以在汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(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(shí)，側(cè)面氣囊膨脹。汽車(chē)氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用測(cè)試假人三、濕敏電容傳感器

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(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，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(duì)介電常數(shù)大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為80），所以電容量增大。使得下圖RC振蕩器中的輸出頻率f變低。

濕敏電容傳感器的結(jié)構(gòu)及特性a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)b）電容和漏電阻的濕度特性c）封裝后的外形1－鋁電極2－單晶硅基底3－SiO2絕緣膜4－多孔Au電極5－吸濕層Al2O36－引線(xiàn)7－電容與相對(duì)濕度的關(guān)系曲線(xiàn)8－漏電阻與相對(duì)濕度的關(guān)系曲線(xiàn)濕敏電容外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部的吸水高分子薄膜信號(hào)調(diào)理電路濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容傳感器的安裝使用在野外的使用帶報(bào)警器的家庭使用型多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形

五、電容式接近開(kāi)關(guān)

被檢測(cè)物體可以是導(dǎo)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(kāi)關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測(cè)物的性質(zhì)，來(lái)改變動(dòng)作距離。1.電容式接近開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1－被測(cè)物2－上檢測(cè)極板（或內(nèi)圓電極）3－下檢測(cè)極板（或外圓電極）4－充填樹(shù)脂5－測(cè)量轉(zhuǎn)換電路板6－塑料外殼7－靈敏度調(diào)節(jié)電位器RP8－動(dòng)作指示燈9－電纜UR－比較器的基準(zhǔn)電壓2.電容接近開(kāi)關(guān)的工作原理電容接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)板由兩個(gè)同心圓金屬平面電極構(gòu)成。當(dāng)沒(méi)有被測(cè)物體靠近電容接近開(kāi)關(guān)時(shí)，由于C1與C2很小，RC振蕩器停振。當(dāng)被測(cè)物體朝著電容接近開(kāi)關(guān)的兩個(gè)同心圓電極靠近時(shí)，兩個(gè)電極與被測(cè)物體構(gòu)成電容C，接到RC振蕩回路中，等效電容C等于C1、C2的串聯(lián)結(jié)果。電容接近開(kāi)關(guān)的工作原理（續(xù)）當(dāng)C增大到設(shè)定數(shù)值后，RC振蕩器起振。振蕩器的高頻輸出電壓uo經(jīng)二極管檢波和低通濾波器，得到正半周的平均值。再經(jīng)直流電壓放大電路放大后，Uo1與靈敏度調(diào)節(jié)電位器RP設(shè)定的基準(zhǔn)電壓UR進(jìn)行比較。若Uo1超過(guò)基準(zhǔn)電壓時(shí),比較器翻轉(zhuǎn),輸出動(dòng)作信號(hào)(高電平或低電平),從而起到了檢測(cè)有無(wú)物體靠近的目的。3.電容接近開(kāi)關(guān)的特性及調(diào)試接近開(kāi)關(guān)的輸出有NPN、PNP和AC兩線(xiàn)制等多種型式。Rf在比較器電路中起正反饋?zhàn)饔?，使比較器具有施密特特性。Rf越小，翻轉(zhuǎn)時(shí)的回差就越大，抗干擾能力就越強(qiáng)，通常將回差控制在動(dòng)作距離的20%之內(nèi)。比較器之后設(shè)置了OC門(mén)輸出級(jí)電路，有較大的負(fù)載能力。通?？梢则?qū)動(dòng)100mA的感性負(fù)載，或300mA的阻性負(fù)載。當(dāng)被測(cè)物是導(dǎo)電物體時(shí)，即使兩者的距離較遠(yuǎn)，但等效電容C仍較大，RC回路較容易起振，所以靈敏度較高。物體的含水量越小，面積越小，動(dòng)作距離也越小，靈敏度就越低。大多數(shù)電容接近開(kāi)關(guān)的尾部有一個(gè)多圈微調(diào)電位器RP，用于調(diào)整特定對(duì)象的動(dòng)作距離。

電容式接近開(kāi)關(guān)外形齊平式非齊平式非齊平式接近開(kāi)關(guān)的安裝

非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安裝支架，易損壞。全密封防水式遠(yuǎn)距離式（大量程）電容接近開(kāi)關(guān)的規(guī)格4.電容式接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用電容式接近開(kāi)關(guān)在液位測(cè)量控制中的應(yīng)用電容式接近開(kāi)關(guān)在

液位物位測(cè)量、

控制中的應(yīng)用對(duì)應(yīng)的光柱顯示

電容式接近開(kāi)關(guān)在物位測(cè)量控制中的應(yīng)用電容式接近開(kāi)關(guān)在物位

測(cè)量控制中的應(yīng)用演示不同材料的非金屬檢測(cè)物對(duì)電容式

接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的影響第四節(jié)壓力和流量的測(cè)量一、壓力的基本概念及壓力傳感器的類(lèi)型

壓力的國(guó)際單位為“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱(chēng)“帕”（Pa），用p表示。它等于垂直作用于一定面積A上的力F（稱(chēng)為壓向力）除以面積A，即

p=F/A。1Pa=1N/m2。1MPa大約相當(dāng)于10個(gè)大氣壓，在1m2承壓設(shè)備的面積上，施加大約100噸力。除此之外，工程界長(zhǎng)期使用許多不同的壓力計(jì)量單位。如“工程大氣壓”、“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”、“毫米汞柱”，氣象學(xué)中還用“巴”（bar）和“托”為壓力單位。這些單位在一些進(jìn)口儀表說(shuō)明書(shū)上可能還會(huì)見(jiàn)到。回目錄壓力單位轉(zhuǎn)換對(duì)照表

壓力傳感器的類(lèi)型1.絕對(duì)壓力傳感器：它所測(cè)得的壓力數(shù)值是相對(duì)于密封在絕對(duì)壓力傳感器內(nèi)部的基準(zhǔn)真空（相當(dāng)于零壓力參考點(diǎn)）而言的，是以真空為起點(diǎn)的壓力。平常所說(shuō)的環(huán)境大氣壓為某某千帕就是指絕對(duì)壓力。當(dāng)絕對(duì)壓力小于101kPa時(shí)，可以認(rèn)為是“負(fù)壓”，所測(cè)得壓力相當(dāng)于真空度。2.差壓傳感器：差壓是指兩個(gè)壓力p1和p2之差，又稱(chēng)為壓力差。當(dāng)差壓表兩側(cè)面均向大氣敞開(kāi)時(shí)，差壓等于零。例：p1=0.8~1.1MPa，p2=0.8～1.0MPa，必須選擇測(cè)量范圍為-0.1～＋0.3MPa的差壓傳感器。壓力傳感器的分類(lèi)（續(xù)）3.表壓傳感器

壓力傳感器顯示的壓力為“表壓”。表壓測(cè)量是差壓測(cè)量的特殊情況。測(cè)量時(shí)，以環(huán)境大氣壓為參考基準(zhǔn)，將差壓傳感器的一側(cè)向大氣敞開(kāi)，就轉(zhuǎn)變成表壓傳感器。表壓傳感器的輸出為零時(shí)，其膜片兩側(cè)實(shí)際上均存在一個(gè)大氣壓的絕對(duì)壓力。二、電容式差壓變送器

高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線(xiàn)路內(nèi)部不銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1－高壓側(cè)進(jìn)氣口(取壓口)2－低壓側(cè)進(jìn)氣口(取壓口)3－過(guò)濾片4－空腔5－柔性不銹鋼波紋隔離膜片6－導(dǎo)壓硅油7－凹形玻璃圓片8－鍍金凹形電極（定極板）9－彈性平膜片10－δ腔11－鋁合金外殼12－限位波紋盤(pán)13－過(guò)壓保護(hù)懸浮波紋膜片14－公共參考端（地電位）各種電容式差壓變送器外形

P1P2各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）

法蘭各種電容式壓力、差壓變送器外形

p1p2三、利用電容差壓變送器

測(cè)量液體的液位

差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位H成正比P+=

gH液位計(jì)的“遷移”(壓力傳感器安裝在罐底下方)H利用電容差壓變送器測(cè)量液體的液位

1－儲(chǔ)液罐2－液面3－上部空間4－高壓側(cè)管道5－電容差壓變送器6－低壓側(cè)管道H—差壓變送器正取壓孔上方的液體高度h—總的液體高度P+=p0

+

gHΔp=p+-p-=ρgH=ρg(h-h0)（5-4）電容差壓變送器用于測(cè)量液體的液位測(cè)量

投入式水位傳感器四、流量的基本概念流量（Flow）是指流體在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一截面的體積數(shù)或質(zhì)量數(shù)，分別稱(chēng)為體積流量qV和質(zhì)量流量qm。這種單位時(shí)間內(nèi)的流量統(tǒng)稱(chēng)為瞬時(shí)流量q。把瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間t進(jìn)行積分，求出累計(jì)體積或累計(jì)質(zhì)量的總和，稱(chēng)為累積流量，也叫總量。如果流量十分平穩(wěn),則可將短暫時(shí)段ti與該時(shí)段的瞬時(shí)流量qi的平均值相乘,并對(duì)乘積進(jìn)行累加,從而得到累積流量：流量的單位及計(jì)算

體積流量qV=Av，單位為m3/h或L/s；質(zhì)量流量qm=

Av，單位為t/h或kg/s。

例：設(shè)測(cè)得平均流速v=2m/s，圓管道的直徑D=1m，則截面積A=πD2/4=0.79m2

，如果不考慮層流、紊流效應(yīng)，認(rèn)為流體在整個(gè)管道中的分布是均勻的，則平均流量qV=3.95m3/s。圓管內(nèi)流速的不均勻分布D流量的測(cè)量方法分類(lèi)測(cè)量流量的方法很多，有流速法、容積法、質(zhì)量法、水槽法等。流速法中，又有葉輪式、渦輪式、卡門(mén)渦流式（又稱(chēng)渦街式）、熱線(xiàn)式、多普勒式、超聲式、電磁式、差壓節(jié)流式等。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制造的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流量系數(shù)計(jì)算公式是相當(dāng)完備的，所以它是一種可靠性和標(biāo)準(zhǔn)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(jì)。

葉輪式氣體流速計(jì)

氣體流量計(jì)常規(guī)小氣象站使用三葉風(fēng)杯測(cè)量風(fēng)速葉輪式手持風(fēng)速儀測(cè)量風(fēng)向的風(fēng)標(biāo)

測(cè)量風(fēng)速的三葉風(fēng)杯玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)流體入口流體出口浮子主要測(cè)量元件為一根垂直安裝的下小上大錐形玻璃管和可上下移動(dòng)的浮子。當(dāng)流體自下而上經(jīng)錐形玻璃管時(shí)，在浮子上下之間產(chǎn)生壓差，浮子在此差壓作用下上升。流量越大，浮子上升得越高。五、節(jié)流式流量計(jì)及電容差壓變送器

在流量測(cè)量中的應(yīng)用所謂節(jié)流裝置，就是在管道中段設(shè)置一個(gè)流通面積比管道狹窄的孔板或者文丘里噴嘴，使流體經(jīng)過(guò)該節(jié)流裝置時(shí)，流束局部收縮，流速提高，壓強(qiáng)減小。利用壓力傳感器測(cè)量出節(jié)流前后的壓力之差，就可以依據(jù)有關(guān)的節(jié)流流量公式計(jì)算得到被測(cè)流量。節(jié)流式流量計(jì)的缺點(diǎn)是流體通過(guò)節(jié)流裝置后，會(huì)產(chǎn)生不可逆的壓力損失。另外，當(dāng)流體的溫度t、壓力p1變化時(shí)，流體