1、2.2 2.2 電容傳感器電容傳感器 將將被測(cè)量的變化被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電容量電容量變化變化工作原理工作原理: 2.2 2.2 電容傳感器電容傳感器+ A 兩平行極板組成的電容兩平行極板組成的電容器器, ,它的電容量為它的電容量為: : :極板間的距離極板間的距離 : :極板間介質(zhì)的相對(duì)介極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)電常數(shù) A :A :極板面積極板面積AC0第一節(jié)第一節(jié) 電容式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式 0 : 真空真空介電常數(shù)介電常數(shù)第一節(jié)第一節(jié) 電容式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容式傳感器工作原理及結(jié)構(gòu)形式 上式中，哪幾個(gè)參量是變量？可以上式中，哪幾個(gè)參量是變量

2、？可以做成哪幾種類(lèi)型的電容傳感器？做成哪幾種類(lèi)型的電容傳感器？ 電容傳感器的基本理想公式為電容傳感器的基本理想公式為AC0第一節(jié)第一節(jié) 電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)形式 改變改變A A、 、 三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，均可使平板電容的電容量均可使平板電容的電容量C C 改變。改變。 固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成三種類(lèi)固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成三種類(lèi)型的電容傳感器。型的電容傳感器。 電容傳感器的基本理想公式為電容傳感器的基本理想公式為AC0AC0（1 1）角位移型）角位移型+一、變面積式電容傳感器一、變面積式電容傳感器AC0（2 2）平

3、面線位移型）平面線位移型一、變面積式電容傳感器一、變面積式電容傳感器（3 3）柱面線位移型）柱面線位移型. .AC0一、變面積式電容傳感器一、變面積式電容傳感器變面積式電容傳感器的特性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)（性的，靈敏度是常數(shù)（較低較低 ）。這一類(lèi)傳）。這一類(lèi)傳感器多用于檢測(cè)直線位移、角位移、尺寸等感器多用于檢測(cè)直線位移、角位移、尺寸等參量（參量（較大較大）。）。 請(qǐng)畫(huà)出變面積式電容傳感器的輸出特請(qǐng)畫(huà)出變面積式電容傳感器的輸出特性曲線！性曲線！二、變極距式電容傳感器二、變極距式電容傳感器 當(dāng)動(dòng)極板受被測(cè)物體作

4、用引起位移時(shí)，改變當(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了兩極板之間的距離d d，從而使電容量發(fā)生變化。，從而使電容量發(fā)生變化。 實(shí)際使用時(shí)，總是使初始極距實(shí)際使用時(shí)，總是使初始極距d0盡量小些，盡量小些，以提高靈敏度，但這也帶來(lái)了變極距式電容器以提高靈敏度，但這也帶來(lái)了變極距式電容器的行程較小的行程較小(0.1m-1mm)的缺點(diǎn)。的缺點(diǎn)。AC0二、變極距式電容傳感器二、變極距式電容傳感器 變極距式電容傳感器的特性曲線變極距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)從圖中可以看到，為了提高靈敏度，應(yīng)使當(dāng)d d0 0小些還是小些還是大些？當(dāng)變極距式電容傳感器

5、的初始極距大些？當(dāng)變極距式電容傳感器的初始極距d d0 0較小時(shí)，它的測(cè)量較小時(shí)，它的測(cè)量范圍變大還是變?。糠秶兇筮€是變??？ a） 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 b）電容量與極板距離的關(guān)系）電容量與極板距離的關(guān)系1定極板定極板 2動(dòng)極板動(dòng)極板 AC0三、變介電常數(shù)式電容傳感器三、變介電常數(shù)式電容傳感器 但通常變介電常數(shù)式電但通常變介電常數(shù)式電容傳感器采用雙圓柱桶狀，容傳感器采用雙圓柱桶狀，如下所示：如下所示：L-xx2rR01三、變介電常數(shù)式電容傳感器三、變介電常數(shù)式電容傳感器表表1 1 幾種介質(zhì)的介電常數(shù)幾種介質(zhì)的介電常數(shù)變介電常數(shù)式電容傳感器的用途變介電常數(shù)式電容傳感器的用途 根據(jù)根據(jù)表表1 1

6、，分析，分析不同介質(zhì)對(duì)變介電常數(shù)電不同介質(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)，哪一種情況下的電容量大？和潮濕的紙時(shí)，哪一種情況下的電容量大？可以用于測(cè)量什么非電量？可以用于測(cè)量什么非電量？第二節(jié)第二節(jié) 電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 （調(diào)頻電路調(diào)頻電路 ） 調(diào)頻電路將電容式傳感器作為調(diào)頻電路將電容式傳感器作為 LC LC 振蕩振蕩器諧振回路的一部分，當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，器諧振回路的一部分，當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容電容Cx 發(fā)生變化，就使振蕩器的頻率發(fā)生變化，就使振蕩器的頻率 f 產(chǎn)生產(chǎn)生相應(yīng)的變化。相應(yīng)的

7、變化。 01 5-22fL C調(diào)頻（調(diào)頻（FM）電路）電路 第三節(jié)第三節(jié) 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用 電容器的容量受三個(gè)因素影響，即：電容器的容量受三個(gè)因素影響，即：極距極距x、相對(duì)面積、相對(duì)面積A 和極間介電常數(shù)和極間介電常數(shù) 。固定。固定其中兩個(gè)變其中兩個(gè)變 量，電容量量，電容量C 就是另一個(gè)變量就是另一個(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。測(cè)的目的。 一、電容式液位計(jì)一、電容

8、式液位計(jì) 棒狀電極（金屬管）棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測(cè)液體的液面管，當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容與導(dǎo)電液體之間的電容變大。變大。 聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套電容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器 液位限位傳感器與液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別在于：液位變送器的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而是它不給出模擬量，而是給出開(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到給出開(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，它輸出低達(dá)設(shè)定值時(shí)，它輸出低電平。但也可以選擇輸電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號(hào)。出為高電平的型號(hào)。液位限位傳感器的液位限位傳感器的設(shè)定設(shè)

9、定 智能化液位傳感器的智能化液位傳感器的設(shè)定方法十分簡(jiǎn)單：設(shè)定方法十分簡(jiǎn)單： 用手指壓住設(shè)定按鈕，用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開(kāi)按鈕，智能儀器就記住開(kāi)按鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時(shí)，當(dāng)該設(shè)定。正常使用時(shí)，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)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)。出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)。設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕超限燈超限燈正常工作正常工作指示燈指示燈設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕電源電源 指示燈指示燈二、硅微加工加速度傳感器二、硅微加工加速度傳感器 圖示加速度傳感器以微細(xì)圖示加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)

10、，既能測(cè)量交加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測(cè)量交變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量慣性力或重力加速度。其工作慣性力或重力加速度。其工作電壓為電壓為2.72.75.25V5.25V，加速度測(cè)，加速度測(cè)量范圍為數(shù)個(gè)量范圍為數(shù)個(gè)g g，可輸出與加，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的空比正比于加速度的PWM 脈脈沖。沖。電容式加速度傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用電容式加速度傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車(chē)上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)加速度傳感器安裝在轎車(chē)上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)， 微處理器

11、微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰據(jù)此判斷發(fā)生了碰 撞，于是就啟動(dòng)轎車(chē)前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，撞，于是就啟動(dòng)轎車(chē)前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 裝有傳感裝有傳感器的假人器的假人氣囊氣囊汽車(chē)氣囊的保護(hù)作用汽車(chē)氣囊的保護(hù)作用 使用電容式加速度傳感器可以在汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)使用電容式加速度傳感器可以在汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 汽車(chē)氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用汽車(chē)氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用利用電容式加速度傳感器實(shí)利用電容式加速度傳感器實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 延時(shí)起爆的鉆地炸彈延時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置傳感

12、器安裝位置三、濕敏電容三、濕敏電容 利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空極。當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為介電常數(shù)大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為8080），所以電容量增大。），所以電容量增大。 濕敏電容濕敏電容外形外形吸水高分子薄膜吸水高分子薄膜濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容傳感器的安裝使用濕敏電容傳感器的安裝使

13、用在野外的使用在野外的使用帶報(bào)警器的家庭使用型帶報(bào)警器的家庭使用型多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形 四、電容式油量表四、電容式油量表 機(jī)械式油量表：機(jī)械式油量表： 在油箱內(nèi)，裝在油箱內(nèi)，裝有類(lèi)似衛(wèi)生間水箱有類(lèi)似衛(wèi)生間水箱里的浮球，通過(guò)杠里的浮球，通過(guò)杠桿帶動(dòng)電阻絲式圓桿帶動(dòng)電阻絲式圓盤(pán)電位器，由電流盤(pán)電位器，由電流表指示出油量。表指示出油量。電容式油量表電容式油量表 當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為 m處。處。當(dāng)油箱中的油位降低時(shí)，電容傳感器的電容量當(dāng)油箱中的油位降低時(shí)，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失減小，

14、電橋失去平衡，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減小），同去平衡，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減?。?，同時(shí)帶動(dòng)時(shí)帶動(dòng)RP的滑動(dòng)臂移動(dòng)。當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)臂移動(dòng)。當(dāng)RP阻值達(dá)到一定值時(shí)，電橋又達(dá)阻值達(dá)到一定值時(shí)，電橋又達(dá)到新的平衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（到新的平衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（ x 處）。處）。 上頁(yè)所示的油量表在傾斜狀態(tài)時(shí)可以使上頁(yè)所示的油量表在傾斜狀態(tài)時(shí)可以使用嗎？為什么？用嗎？為什么？ 該油該油量表可量表可用于飛用于飛機(jī)油箱機(jī)油箱五、電容式接近開(kāi)關(guān)五、電容式接近開(kāi)關(guān) 被檢測(cè)物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)被檢測(cè)物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗較大的絕緣體、含水的物體（例損耗較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體等）如飼料、人體等） ；可以是接地的，；可以是接地的，也可以是不接地的。也可以是不接地的。 調(diào)節(jié)接近開(kāi)關(guān)尾調(diào)節(jié)接近開(kāi)關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測(cè)物不同來(lái)改變動(dòng)作距離。測(cè)物不同來(lái)改變動(dòng)作距離。 電容式接近開(kāi)關(guān)外形電容式接近開(kāi)關(guān)外形齊平式齊平式非齊平式非齊平式非齊平式非齊平式接近開(kāi)關(guān)的安裝接近開(kāi)關(guān)的安裝 非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安裝支