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1、第三章 电容传感器 本章学习电容传感器的原理 及应用，还涉及压力、液位及流 量的测量方法。 *1 第一节 电容式传感器的工作原理 及结构形式 上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪 几种类型的电容传感器？ 电容传感器的基本理想公式为 Date2 第一节 电容式传感器的工作原理 及结构形式 改变A、d、 三个参量中的任意一个量，均可使 平板电容的电容量C 改变。 固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电 容传感器。 电容传感器的基本理想公式为 Date3 一、变面积式电容传感器 图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动， 称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形 变面积
2、式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直 线运动。图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带 动而旋转一个角位移 度时，两极板的遮盖面积A就减小，因 而电容量也随之减小。Date4 变面积式电容传感器的特性 变面积式电容传感器的输出特性是线性的， 灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位 移、角位移、尺寸等参量。 请画出变面积式电容传感器的输出特性曲线 ！ Date5 二、变间隙式电容传感器 当动极板受被测物体作用引起位移时， 改变了两极板之间的距离d，从而使电容量 发生变化。 实际使用时，总是使初始极距d0尽量 小些，以提高灵敏度，但这也带来了变间 隙式电容器的行程较小的缺点
3、。 Date6 变间隙式电容传感器的特性曲线 从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小 些还是大些？当变间隙式电容传感器的初始极距d0较 小时，它的测量范围变大还是变小？ a） 结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1定极板 2动极板 Date7 三、变介电常数式 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电 容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也 就不同。 表3-1 几种介质的相对介电常数 Date8 变介电常数式电容传感器的用途 根据表3-1，分析不同介质对变介电常数电容器 的影响。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸 时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么 非电量？ Dat
4、e9 第二节 电容式传感器的测量电路 一、普通交流电桥 二、紧耦合电感臂电桥 三、变压器电桥 四、双T电桥电路 五、运算放大器式测量电路 六、脉冲调制电路 七、调频电路 *10 第三节 电容式传感器的应用 电容器的容量受三个因素影响，即：极距x、 相对面积A 和极间介电常数 。固定其中两个变 量 ，电容量C 就是另一个变量的一元函数。只要想 办法将被测非电量转换成极距或者面积、介电常 数的变化，就可以通过测量电容量这个电参数来 达到非电量电测的目的。 Date11 一、电容式液位计 棒状电极（金属管）外 面包裹聚四氟乙烯套管，当 被测液体的液面上升时，引 起棒状电极与导电液体之间 的电容变大。
5、 聚四氟乙烯外套 Date12 电容式液位限位传感器 液位限位传感器与液 位变送器的区别在于：它 不给出模拟量，而是给出 开关量。当液位到达设定 值时，它输出低电平。但 也可以选择输出为高电平 的型号。 Date13 液位限位传感器 的设定 智能化液位传感器的设 定方法十分简单： 用手指压住设定按钮， 当液位达到设定值时，放开 按钮，智能仪器就记住该设 定。正常使用时，当水位高 于该点后，即可发出报警信 号和控制信号。 设定按钮 Date14 智能化液位限位传感器的设定按钮 超限灯 正常工作 指示灯 设定按钮 电源 指示灯 Date15 二、硅微加工加速度传感器 图示加速度传感器以微细 加工技
6、术为基础，既能测量交 变加速度（振动），也可测量 惯性力或重力加速度。其工作 电压为2.75.25V，加速度测 量范围为数个g，可输出与加 速度成正比的电压也可输出占 空比正比于加速度的PWM 脉 冲。 Date16 微加工三轴加速度传感器 技术指标： 灵敏度：500mV/g ， 量程：10g， 频率范围：0.5-2000Hz， 安装谐振点:8kHz ， 分辨力：0.00004g ， 重量：200g ， 安装螺纹：M5 mm ， 线性误差：1% Date17 硅微加工加速度传感器原理 1加速度测试单元 2信号处理电路 3衬底 4底层多晶硅（下电极） 5多晶硅悬臂梁 6顶层多晶硅（上电极） Da
7、te18 利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结 构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C1、 C2。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅 是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相 当于悬臂梁。 当它感受到上下振动时，C1、C2呈差动变化。与加速度测 试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将C 转换成直流输 出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由 于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可 达1kHz以上，允许加速度范围可达10g 以上。 如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感 器，就可以测量三维方向的振动或
8、加速度。 Date19 加速度传感器在汽车中的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测 得的负加速度值超过设定值时， 微处理器据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀， 托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。 装有传感 器的假人 气囊 Date20 汽车气囊的保护作用 使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞 时，经控制系统使气囊迅速充气 。 Date21 汽车气囊对驾驶员的保护作用 Date22 利用加速度传感器实现 延时起爆的钻地炸弹 传感器安装位置 Date23 三、湿敏电容 利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容 传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极
9、。 当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的 水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数 大为增加（水的相对介电常数为80），所以电 容量增大。 Date24 湿敏电容外形 吸水高分子薄膜 Date25 湿敏电容模块及传感器外形 Date26 湿敏电容传感器的安装使用 在野外的使用 带报警器的家庭使用型 Date27 多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形 Date28 四、电容式油量表 机械式油量表： 在油箱内，装 有类似卫生间水箱 里的浮球，通过杠 杆带动电阻丝式圆 盘电位器，由电流 表指示出油量。 Date29 电容式油量表 当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处。 当油箱中的油位降低时
10、，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失 去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同 时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达 到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（ x 处）。 该油量 表属于开环 系统还是闭 环系统？ Date30 五、电容式接近开关 被检测物体可以是导电体、介质损耗 较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人 体等） ；可以是接地的，也可以是不接地 的。 调节接近开关尾部的灵敏度调节电位 器，可以根据被测物不同来改变动作距离。 Date31 电容式接近开关外形 齐平式非齐平式 Date32 全密封防水式 远距离式（大量程） Date33 电容接近开关的规格 Date34 电容式接近开关在液位测量控制中的使用 Date35 电容式接近开关在 液位物位测量控制中的使用 Date36 电容式接近开关在物位测量控制 中的使用演示 Date37 休息一下 Date38
