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1、项目5 电容式位移传感器的安 装与调试项目描述 本项目要求安装与调试一台电容式位移传感器。 电容式位移传感器是将位移的变化量转化为电容变化量的 一种传感器。它结构简单、分辨力高、可非接触测量，并能 在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作，这是它独特优 点。随着集成电路技术和计算机技术的发展，电容式传感器 成为一种很有发展前途的传感器。 知识和能力目标； 掌握电容式传感器工作原理、基本结构和工作类型。 掌握电容传感器常用信号处理电路的特点以及信号处理电 路的调试方法和步骤，能分析和处理信号电路的常见故障。 熟悉电容式传感器的应用。（一）电容式传感器工作原理及结构电容式传感器工作方式可分为变极距式
2、、变面积式和变介 电常数式三种类型。 1. 变极距式电容传感器变极距式电容传感器的特性曲线 差动结构变极距电容传感器 2. 变面积式电容传感器面积变化型电容传感器原理图 金属圆筒差动电容结构 金属圆筒差动电容结构 3. 变介电常数式电容传感器（二）电容式传感器的转换电路 1.交流电桥2.调频电路 3.运算放大式电路 4. 脉冲宽度调制电路各点的电压波形 5. 二极管双T型交流电桥项目实施 二、电容式位移传感器的安装与调试 通过本实训项目的学习使大家了解电容式传感器结构及其 特点。 本实训项目需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实 验模块、测微头、数显单元（主控台电压表）、直流稳压源 。如图5
3、-12所示。项目实施步骤： 1.按图5-13安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验 模块上。2.将电容传感器专用连线插入电容传感器实验模块专用接 口，接线图如图5-14所示。3.将电容传感器实验模块的输出端Vo1与数显表单元（主 控台电压表）Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位 置。 4接入15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位 置，每隔0.5mm记下位移X与输出电压值（此时电压档位打 在20v），填入表5-1。项目拓展三、电容式传感器的应用 1. .电容式接近开关 当不接地、绝缘被测物体接近检测极板时，由于检测极板 上施加有高频电压，在它附近产生交变电场，被检测物体就 会受
4、到静电感应，而产生极化现象，正负电荷分离，使检测 极板的对地等效电容量增大，使LC振荡电路的Q值降低。对 能量损耗较大的介质（如各种含水有机物），它在高频交变 极化过程中是需要消耗一定能量的，该能量是由LC振荡电路 提供的，必然使Q值进一步降低，振荡减弱，振荡幅度减小 。当被测物体靠近到一定距离时，振荡器的Q值低到无法维 持振荡而停振。根据输出电压U0的大小，可大致判定被测物 接近的程度。 2. 电容式油量表当油箱中注入油时，液位上升至h处，电容的变化量CX 与h成正比，电容为CX=CX0+CX。此时,电桥失去平衡， 电桥的输出电压U0经放大后驱动伺服电动机，由减速箱减速 后带动指针顺时针偏转
5、，同时带动RP滑动，使RP的阻值增 大，当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态， U0=0，伺服电动机停转，指针停留在转角X1处。可从油量 刻度盘上直接读出油位的高度h。3. 电容式差压传感器 当被测压力通过过滤器6进入空腔5时，金属弹性膜片1在 两侧压力差作用下，将凸向压力低的一侧。膜片和两个镀金 玻璃圆片2之间的电容量便发生变化，由此便可测得压力差 。这种传感器分辨率很高，常用于气、液的压力或压差及液 位和流量的测量。4. 电容测厚仪 金属带材在轧制过程中不断向前送进，如果带材厚度发生 变化，将引起它与上下两个极板间距变化，即引起电容量的 变化，如果总电容量C作为交流电桥的一个臂，
6、电容变化 C引起电桥不平衡输出，经过放大、检波、再放大，最后 在仪表上显示出带材的厚度。这种厚度仪的优点是带材的振 动不影响测量精度。5.电容器指纹识别硅电容指纹图像传感器是最常见的半导体指纹传感器,如 图5-19所示，它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵 列上能结合大约100,000个电容传感器,其外面是绝缘的表面 。传感器阵列的每一点是一个金属电极,充当电容器的一极, 按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极,传感面形成两 极之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距 离不同(纹路深浅的存在),导致硅表面电容阵列的各个电容值 不同,测量并记录各点的电容值,就可以获得具有灰度级的
7、指 纹图像。 电容指纹识别器项目小结 电容式传感器的应用非常广泛，通过本项目的学习要求大 家掌握电容式传感器的基本结构、工作类型及其特点，熟悉 其转换电路的工作原理。 1.电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一 种传感器。它具有结构简单、分辨率高、抗过载能力大、动 态特性好等优点，且能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件 下工作。 2.只要固定平行板电容器3个参量d、S、e 中的两个，改 变另外一个参数，则电容量就将产生变化，所以电容式传感 器可以分成3种类型：变面积式、变极距式与变介电常数式 。 3. 测量电路的种类很多，常用的电路有：.交流电桥、. 调频电路、.运算放大式电路、. 脉冲宽度调制电路和二极管 双T型交流电桥。 4. 电容式传感器不但应用于位移、振动、角度、加速度及 荷重等机械量的精密测量，还广泛应用于压力、差压力、液 位、料位、湿度、成分含量等参数的测量。
