1、電工學(xué)電容式傳感器以及壓電式5. 電容式傳感器電容式傳感器 a)a)極距極距變化型變化型+AC0+駐極體電容傳聲器駐極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙烯材料作為振動(dòng)膜片。這種材它采用聚四氟乙烯材料作為振動(dòng)膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。 5. 電容式傳感器電容式傳感器 b)b)面積變化型面積變化型AC0角位移型角位移型+5. 電容式傳感器電容式傳感器 AC0平面線位移型平面線位

2、移型5. 電容式傳感器電容式傳感器 柱面線位移型柱面線位移型. .AC05. 電容式傳感器電容式傳感器 產(chǎn)品產(chǎn)品. .陶瓷電容壓力傳感器陶瓷電容壓力傳感器 液體壓力液體壓力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片產(chǎn)生膜片產(chǎn)生 位移。位移。 壓力變送器壓力變送器5. 電容式傳感器電容式傳感器 c) c) 介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型AC05. 電容式傳感器電容式傳感器 產(chǎn)品產(chǎn)品. .電容式液位傳感器（液位計(jì)電容式液位傳感器（液位計(jì)/ /料位計(jì)）料位計(jì)）5. 電容式傳感器電容式傳感器 電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)振蕩電路振蕩電路被測(cè)物體被測(cè)物體 感應(yīng)電極感應(yīng)電極被測(cè)電容被測(cè)電容測(cè)量頭構(gòu)成電容器

3、的一個(gè)極板，測(cè)量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化生變化. .接近開關(guān)的檢測(cè)物體，接近開關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。緣的液體或粉狀物體。5. 電容式傳感器電容式傳感器 5. 電容式傳感器電容式傳感器 5.2 5.2 測(cè)量電路測(cè)量電路a)a)電橋電路電橋電路 5. 電容式傳感器電容式傳感器 （b）調(diào)頻電路）調(diào)頻電路 這

4、種電路是將電容式傳感器作為這種電路是將電容式傳感器作為L(zhǎng)C振蕩器諧振回路的一部分，或作為晶振蕩器諧振回路的一部分，或作為晶體振蕩器中的石英晶體的負(fù)載電容。當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容體振蕩器中的石英晶體的負(fù)載電容。當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容Cx發(fā)生變化發(fā)生變化，使振蕩器的頻率，使振蕩器的頻率f發(fā)生相應(yīng)的變化。由于振蕩器的頻率受電容式傳感器的發(fā)生相應(yīng)的變化。由于振蕩器的頻率受電容式傳感器的電容調(diào)制，這樣就實(shí)現(xiàn)了電容調(diào)制，這樣就實(shí)現(xiàn)了Cf的變換，故稱為調(diào)頻電路。圖為的變換，故稱為調(diào)頻電路。圖為L(zhǎng)C振蕩器調(diào)振蕩器調(diào)頻電路方框圖。調(diào)頻振蕩器的頻率可由下式?jīng)Q定：頻電路方框圖。調(diào)頻振蕩器的頻率可由下式?jīng)Q定：式中

5、式中 L振蕩回路電感；振蕩回路電感；C振蕩回路總電容。振蕩回路總電容。C包括傳感器電容包括傳感器電容Cx、諧振回路中的微調(diào)電容諧振回路中的微調(diào)電容C1和傳感器電纜分布電容和傳感器電纜分布電容Cc，即，即 CCx+C1+Cc。振蕩器輸出的高頻電壓是一個(gè)受被測(cè)量控制的調(diào)頻波，頻率的變化在鑒頻器振蕩器輸出的高頻電壓是一個(gè)受被測(cè)量控制的調(diào)頻波，頻率的變化在鑒頻器中變換為電壓幅度的變化，經(jīng)過放大器放大后就可用儀表來指示。中變換為電壓幅度的變化，經(jīng)過放大器放大后就可用儀表來指示。5. 電容式傳感器電容式傳感器 LCf210b) b) 調(diào)頻電路調(diào)頻電路- -諧振電路諧振電路 LCf2105. 電容式傳感器電

6、容式傳感器 5. 電容式傳感器電容式傳感器 b) b) 調(diào)頻電路調(diào)頻電路- -運(yùn)算放大器電路運(yùn)算放大器電路 (c) 脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路(PWM ) 脈沖寬度調(diào)制電路是利用對(duì)傳感器電容的充放電，使電路輸出脈沖的脈沖寬度調(diào)制電路是利用對(duì)傳感器電容的充放電，使電路輸出脈沖的寬度隨電容傳感器的電容量變化而改變，通過低通濾波器得到對(duì)應(yīng)于被測(cè)寬度隨電容傳感器的電容量變化而改變，通過低通濾波器得到對(duì)應(yīng)于被測(cè)量變化的直流信號(hào)。脈沖寬度調(diào)制電路如上圖所示。量變化的直流信號(hào)。脈沖寬度調(diào)制電路如上圖所示。 初始狀態(tài)：初始狀態(tài)：AQ高電位，高電位，BQ()低電位低電位電容電容C1與與C2的充放電時(shí)間由的

7、充放電時(shí)間由C1、C2的時(shí)間常數(shù)決定，也就是說，的時(shí)間常數(shù)決定，也就是說，PWM的輸?shù)妮敵鍪且粋€(gè)寬度受電容出是一個(gè)寬度受電容C1和和C2控制的方波信號(hào)，控制的方波信號(hào)，C1、C2的變化將引起輸出方的變化將引起輸出方波正負(fù)時(shí)間比。波正負(fù)時(shí)間比。 1工作原理工作原理參見教材參見教材P54，圖，圖5-4（電路分析）（電路分析） 2測(cè)量原理測(cè)量原理經(jīng)低通濾波后，輸出電壓（平均電壓）：經(jīng)低通濾波后，輸出電壓（平均電壓）： 1212121210210)(12111uTTTTuTTTTdtudtuTTUABTTTABTAB式中：式中：T1、T2：電容：電容C1與與C2的充電至的充電至UC需要的時(shí)間，即需要的時(shí)間，即A、B點(diǎn)的脈沖寬度，點(diǎn)的脈沖寬度，由電容由電容C1與與C2的大小決定，且的大小決定，且CT； u1：觸發(fā)器輸出的高電位。：觸發(fā)器輸出的高電位。 一、電容測(cè)厚儀 下圖為測(cè)量厚度的電容測(cè)厚儀原理圖。在被測(cè)金屬帶材的上下兩側(cè)各放置一塊面積相等，與帶材距離相等的極板2，這樣極板與帶材就形成了兩個(gè)電容器。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來就成為一個(gè)極板，而金屬帶材就是電容的另一個(gè)極板，其總電容CxC1+C2=2C。如果帶材厚度發(fā)生變化，則引起電容量的變化。用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘷z測(cè)出來，