传感器原理及应用-第5章 - 电容式传感器课件.ppt

; 第五章 电容式传感器 ;ε电容极板间介质的介电常数，ε0为真空介电常数，εr极板间介质的相对介电常数；A两平行板所覆盖的面积；d两平行板之间的距离。 ;电容式传感器的三种类型： 变极距型、变面积型和变介电常数型。;若电容器极板间距离由初始值d0缩小了Δd，电容量增大了ΔC，则有;电容的相对变化量为 ;电容值相对变化量为 ;差动式传感器的灵敏度为;两种常用变面积型电容传感器：线位移式和角位移。;初始电容C0为;初始电容C0为;设固定极板长度为a、宽度为b、两极板间的距离为d；被测物的厚度和介电常数分别为dx和ε, 则;设极板宽度为b，板间无介质ε2时，传感器的电容量;设被测介质的介电常数为ε1，液面高度为h, 变换器总高度为H，内筒外径为d，外筒内径为D，变换器电容值为 ; 第五章 电容式传感器 ;考虑了电容器的损耗和电感效应，电容式传感器的等效电路。; 第五章 电容式传感器 ;与电感传感器不同，电容传感器中电容值和电容变化量都十分微小，难以直接为仪表所显示和记录。 因此，需要一些测量电路检测出电容的微小变化量，并转换成相应的电压、电流或频率输出。;调频振荡器的振荡频率为 ;运算放大器的放大倍数大，输入阻抗高, 可作为电容式传感器的理想测量电路。;平行平板电容传感器，则;二极管双T形交流电桥电路中，e为高频电源，提供了幅值为U的对称方波，VD1、VD2为特性完全相同的两只二极管，R1、R2为阻值相等的两个固定电阻，C1、C2为传感器的两个差动电容。 ;三、二极管双T形交流电桥;三、二极管双T形交流电桥;三、二极管双T形交流电桥;在环形二极管充放电法测量电容电路中，高频方波信号源，通过环形二极管电桥，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。;（1）当输入的方波由E1跃变到E2时，电容Cx和Cd两端的电压皆由E1充电到E2。 电容Cx的充电电流为i1，Cd的充电电流为i3。在充电过程中T1这段时间内，VD2、VD4一直处于截止状态，由A点向C点流动的电荷量为;（3）设方波的频率f=1/T0即每秒钟要发生的充放电过程的次数，由C点流向A点的平均电流为I2, 从A点流向C点的平均电流为I3, 流过从C至A支路的瞬时??流平均值为;差动脉冲调宽电路，通过对传感器电容的充放电，使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化。 通过低通滤波器，被测量的变化转换为直流信号输出。;当F点电位UF升到与参考电压Ur相等时，比较器A1产生一脉冲使触发器翻转，使Q端为低电平。此时，电容Cx1通过二极管VD1迅速放电至零，而触发器经R2向C2充电。;（1）当Cx1=Cx2时，触发器两端电平的脉冲宽度T1和T2相等，测量电路在一个周期T=T1+T2时间内输出平均电压为零。;五、脉冲宽度调制测量电路; 第五章 电容式传感器 ;电子技术的发展，解决了电容式传感器存在的许多技术问题，使电容式传感器应用广泛。 精确测量：位移、厚度、角度、振动等物理量；力、压力、差压、流量、成分、液位等参数。 在自动检测与控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。 ;二、电容式称重传感器;三、电容式加速度传感器;四、电容式传感器其他应用