《次课电容式传感器4月课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《次课电容式传感器4月课件（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器主要内容：主要内容：一、电容传感器原理一、电容传感器原理二、测量与转换电路二、测量与转换电路三、电容传感器应用三、电容传感器应用次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器 一、电容式传感器的原理与类型一、电容式传感器的原理与类型一、电容式传感器的原理与类型一、电容式传感器的原理与类型 电电容容式式传传感感器器的的基基本本工工作作原原理理如如图图所所示示，从从中中可可看看出出， ，A A，d d三三个个参参数数都都直直接接影影响响着着电电容容量量C C的的大大小小。所所以以电电容容式传感器可以分为三种类
2、型：式传感器可以分为三种类型：1 1、改变极板面积的变面积式；、改变极板面积的变面积式；2 2、改变极板距离的变间隙式；、改变极板距离的变间隙式；3 3、改变介电常数的变介电常数式。、改变介电常数的变介电常数式。 + A 、A A或或发发生生变变化化时时，都会引起电容的变化。都会引起电容的变化。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器1、变面积式电容传感器直线型变面积式电容传感器直线型变面积式电容传感器直线型变面积式电容传感器直线型当动极板移动当动极板移动x x后，覆盖面积后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变就发生变化，电容量也随之改变其值为其值为其
3、灵敏度为其灵敏度为变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输出与输入呈变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输出与输入呈线形关系线形关系。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器2、变面积式电容传感器角位移型变面积式电容传感器角位移型变面积式电容传感器角位移型变面积式电容传感器角位移型当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从而导致电容量的变化，此时电容值为而导致电容量的变化，此时电容值为+次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器3、变面积式电容传感器圆柱型变面积
4、式电容传感器圆柱型变面积式电容传感器圆柱型变面积式电容传感器圆柱型当动极板有一线位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，当动极板有一线位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从而导致电容量的变化从而导致电容量的变化当覆盖长度x变化时，电容量变化，其灵敏度为面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器4、变介电常数式电容传感器圆柱型变介电常数式电容传感器圆柱型变介电常数式电容传感器圆柱型变介电常数式电容传感器圆柱型当电介质改变时，电容量也会变化，可用下式
5、表示。当电介质改变时，电容量也会变化，可用下式表示。图为介质面积变化的电容式传感器。这种传感器可图为介质面积变化的电容式传感器。这种传感器可用来测量物位或液位，也可测量位移。用来测量物位或液位，也可测量位移。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器5、变间隙式电容传感器变间隙式电容传感器变间隙式电容传感器变间隙式电容传感器图为变间隙式电容传感器的原理图。当活动极板因被测参数图为变间隙式电容传感器的原理图。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板之间的电容量的改变而引起移动时，两极板之间的电容量C C就改变了。就改变了。设极板面积为设极板面积为A A
6、，其静态电容量为其静态电容量为 当活动极板移动当活动极板移动x x后，其电容量为后，其电容量为 次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器当当xdxd时时 1 1、电容量、电容量C C与与x x不是线性关系，只有当不是线性关系，只有当 xdx P P P PL L L L时，中心膜片上凸，上部电容为时，中心膜片上凸，上部电容为时，中心膜片上凸，上部电容为时，中心膜片上凸，上部电容为C C C CL L L L，下部电容，下部电容，下部电容，下部电容为为为为C C C CH H H H。C C C CH H H H 相当于当前膜片位置与平直位置间的电容相当于
7、当前膜片位置与平直位置间的电容相当于当前膜片位置与平直位置间的电容相当于当前膜片位置与平直位置间的电容C C C CA A A A和和和和C C C C0 0 0 0的串联；而的串联；而的串联；而的串联；而C C C C0 0 0 0又可看成是膜片上部电容又可看成是膜片上部电容又可看成是膜片上部电容又可看成是膜片上部电容C C C CL L L L与的与的与的与的C C C CA A A A串联。串联。串联。串联。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器需要解决的问题是：需要解决的问题是：需要解决的问题是：需要解决的问题是：中心膜片处于平直状态时，中心膜
8、片处于平直状态时，中心膜片处于平直状态时，中心膜片处于平直状态时，C C C C0 0 0 0= = = =C C C C( ( ( (d d d d0 0 0 0)=?)=?)=?)=?；当当当当P P P PH H H H P P P PL L L L模片上凸模片上凸模片上凸模片上凸h h h hmaxmaxmaxmax时，时，时，时，C C C CA A A A= = = =C C C C( ( ( (h h h h)=?)=?)=?)=?。hmaxd0CACLCHC0PHPL次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器设膜片半径为设膜片半径为设膜片半
9、径为设膜片半径为a a a a，球冠形固定电极的，球冠形固定电极的，球冠形固定电极的，球冠形固定电极的半径为半径为半径为半径为R R R R，固定电极的实际拱底半径，固定电极的实际拱底半径，固定电极的实际拱底半径，固定电极的实际拱底半径为为为为b b b b，拱底距膜片的距离为，拱底距膜片的距离为，拱底距膜片的距离为，拱底距膜片的距离为d d d db b b b，当，当，当，当d d d d0 0 0 0R R R R时：时：时：时： Rbadbd0实线为球冠型固实线为球冠型固定电极定电极在在在在P PH-H-P PL L作用下中心膜片的上凸量作用下中心膜片的上凸量作用下中心膜片的上凸量作用
10、下中心膜片的上凸量h h近似为近似为近似为近似为: :计算点半径计算点半径膜片张力膜片张力次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器而而而而C C C CA A A A为：为：为：为：( ( ( (积分求解过程省略积分求解过程省略积分求解过程省略积分求解过程省略) ) ) )次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器二、二、 电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路1、脉冲宽度调制电路、脉冲宽度调制电路 次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器利用脉宽调制电路，将中心膜片接地
11、，其输出利用脉宽调制电路，将中心膜片接地，其输出利用脉宽调制电路，将中心膜片接地，其输出利用脉宽调制电路，将中心膜片接地，其输出U U U U0 0 0 0 输出输出输出输出U U U U0 0 0 0与差压与差压与差压与差压P P P PH H H H- - - -P P P PL L L L成正比。成正比。成正比。成正比。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器
12、次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器2、环形二极管电容测量电路原理图充电：放电：流过微安表的平均电流次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器用环形二极管充放电法测量电容的基本原理是以一高频方波为信号源，通过一环形二极管电桥，对被测电容进行充放电， 环形二极管电桥输出一个与被测电容成正比的微安级电流。原理线路如上图所示，输入方波加在电桥的A点和地之间，Cx为被测电容，Cd为平衡电容传感器初始电容的调零电容，C为滤波电容，A为直流电流表
13、。在设计时，由于方波脉冲宽度足以使电容器Cx和Cd充、放电过程在方波平顶部分结束。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器绝缘材料绝缘材料定极板定极板动极板动极板极板支架极板支架弹性体弹性体1 1、电容式称重传感器、电容式称重传感器、电容式称重传感器、电容式称重传感器电容式传感器应用电容式传感器应用电容式传感器应用电容式传感器应用称重时，弹性元件受力变称重时，弹性元件受力变称重时，弹性元件受力变称重时，弹性元件受力变形，使动极板发生位移，形，使动极板发生位移，形，使动极板发生位移，形，使动极板发生位移，导致传感器电容量变化。导致传感器电容量变化。导致传感
14、器电容量变化。导致传感器电容量变化。配接调频式电路，就会引配接调频式电路，就会引配接调频式电路，就会引配接调频式电路，就会引起振荡器的振荡频率变化，起振荡器的振荡频率变化，起振荡器的振荡频率变化，起振荡器的振荡频率变化，频率信号经计数、编码，频率信号经计数、编码，频率信号经计数、编码，频率信号经计数、编码，传输到显示部分。传输到显示部分。传输到显示部分。传输到显示部分。次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器弹弹弹弹 簧簧簧簧片片片片定极板定极板定极板定极板2 2 2 2质量块（动极板）质量块（动极板）定极板定极板定极板定极板1 1 1 1绝缘体绝缘体绝
15、缘体绝缘体aC1C2m两个固定极板间有一个用弹簧片支撑的质量块两个固定极板间有一个用弹簧片支撑的质量块两个固定极板间有一个用弹簧片支撑的质量块两个固定极板间有一个用弹簧片支撑的质量块m m m m，质量块的两，质量块的两，质量块的两，质量块的两端面经抛光后作为动极板，当传感器测量竖直方向的振动时，端面经抛光后作为动极板，当传感器测量竖直方向的振动时，端面经抛光后作为动极板，当传感器测量竖直方向的振动时，端面经抛光后作为动极板，当传感器测量竖直方向的振动时，由于由于由于由于m m m m的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，两个差动电的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，两个差动电的惯性作用，使
16、其相对固定电极产生位移，两个差动电的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，两个差动电容器容器容器容器C C C C1 1 1 1和和和和C C C C2 2 2 2的电容发生相应的变化的电容发生相应的变化的电容发生相应的变化的电容发生相应的变化, , , ,其中一个变大，另一个变其中一个变大，另一个变其中一个变大，另一个变其中一个变大，另一个变小。小。小。小。 2 2 2 2、电容式加速度传感器、电容式加速度传感器、电容式加速度传感器、电容式加速度传感器次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器3 3 3 3、电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用、电容测厚传
17、感器在板材轧制装置中的应用、电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用、电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用 电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块面积相等， 与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极， 而带材就是电容的另一个极，其总电容为C1 + C2 ，如果带材的厚度发生变化， 将引起电容量的变化， 用交流电桥将电容的变化测出来， 经过放大即可由电表指示测量结果。 次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器4 4、电容式压力传感器、电容式压力
18、传感器 次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器Dd检测电路检测电路测定电极测定电极储罐储罐0 01 1h电容式料位计电容式料位计电容式料位计电容式料位计油量测量油量测量油量测量油量测量次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器电容式键盘电容式键盘电容式键盘电容式键盘电容传声器电容传声器电容传声器电容传声器次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器 指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信
19、指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层( ( ( (真皮层真皮层真皮层真皮层) ) ) )，直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够，直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够，直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够，直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准捕获更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准捕获
20、更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准捕获更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误。确率，有效防止辨识错误。确率，有效防止辨识错误。确率，有效防止辨识错误。 次课电容式传感器4月课件控制科学与工程学院控制科学与工程学院电容传感器电容传感器 指纹识别目前最常指纹识别目前最常指纹识别目前最常指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被用的是电容式传感器，也被用的是电容式传感器，也被用的是电容式传感器，也被称为第二代指纹识别系统。称为第二代指纹识别系统。称为第二代指纹识别系统。称为第二代指纹识别系统。它的优点是体积小、成本低，它的优点是体积小、成本低，它的优点是体积小、成本低，它的优点是体积小、成本低，成像精度高，而且耗电量很成像精度高，而且耗电量很成像精度高，而且耗电量很成像精度高，而且耗电量很小，因此非常适合在消费类小，因此非常适合在消费类小，因此非常适合在消费类小，因此非常适合在消费类电子产品中使用。电子产品中使用。电子产品中使用。电子产品中使用。右图为指纹经过处理后的成右图为指纹经过处理后的成右图为指纹经过处理后的成右图为指纹经过处理后的成像图：像图：像图：像图：次课电容式传感器4月课件
