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1、第三章電容傳感器本章學(xué)習(xí)電容傳感器的原理及應(yīng)用，還涉及壓力、液位及流量的測(cè)量方法。8/5/20211第一節(jié)電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式上式中，哪幾個(gè)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8/5/20212第一節(jié)電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式改變A、d、?三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，均可使平板電容的電容量C改變。固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，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8/5/20213一、變面積式電容傳感器圖a是平板形直線位移式結(jié)構(gòu)，其中極板1可以左右移動(dòng)，稱為動(dòng)極板。極板2固定不動(dòng)，稱為定極板。圖b是
2、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、下直線運(yùn)動(dòng)。圖c是一個(gè)角位移式的結(jié)構(gòu)。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。8/5/20214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)。這一類傳感器多用于檢測(cè)直線位移、角位移、尺寸等參量。請(qǐng)畫(huà)出變面積式電容傳感器的輸出特性曲線！8/5/20215二、變間隙式電容傳感器當(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
3、帶來(lái)了變間隙式電容器的行程較小的缺點(diǎn)。8/5/20216變間隙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(yīng)使當(dāng)d0小些還是大些？當(dāng)變間隙式電容傳感器的初始極距d0較小時(shí)，它的測(cè)量范圍變大還是變?。縜）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8/5/20217三、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3-1幾種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)8/5/20218變介電常數(shù)式電容傳感器的用途根據(jù)表3-1，分析不同介質(zhì)對(duì)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(shí)，
4、哪一種情況下的電容量大？可以用于測(cè)量什么非電量？8/5/20219第二節(jié)電容式傳感器的測(cè)量電路一、普通交流電橋二、緊耦合電感臂電橋三、變壓器電橋四、雙T電橋電路五、運(yùn)算放大器式測(cè)量電路六、脈沖調(diào)制電路七、調(diào)頻電路8/5/202110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。8/5/202111一、電容式液位計(jì)棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套
5、管，當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變大。聚四氟乙烯外套8/5/202112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(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型號(hào)。8/5/202113液位限位傳感器的設(shè)定智能化液位傳感器的設(shè)定方法十分簡(jiǎn)單：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8/5/202114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8/
6、5/202115二、硅微加工加速度傳感器圖示加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測(cè)量交變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量慣性力或重力加速度。其工作電壓為2.7～5.25V，加速度測(cè)量范圍為數(shù)個(gè)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。8/5/202116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：M5mm，線性誤差：≤1%8/5/202117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
7、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）8/5/202118利用微電子加工技術(shù)，可以將一塊多晶硅加工成多層結(jié)構(gòu)。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。圖中的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。其左端固定在襯底上，所以相當(dāng)于懸臂梁。當(dāng)它感受到上下振動(dòng)時(shí)，C1、C2呈差動(dòng)變化。與加速度測(cè)試單元封裝在同一殼體中的信號(hào)處理電路將ΔC轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)，所以集成度很高。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá)1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá)
8、10g以上。 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，
