第三章电容式传感器

3.2 常用测量电路 (10.20)
常用电路有:双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调
制电路、调频电路。
3.2.3 脉冲调制电路
＋ － A1 Vr
C1 - C 2 u0 u1 C1 C 2
VA VB VO
S Q
A D2
R1 D1
C
C1 D
V1
0 t
V1
0 VB V1 t 0 VC Vr t t
CCPS32陶瓷电容压力传感器¤ CCPS32干式陶瓷电容厚膜压力传感器的高输
陶瓷是一种公认 的高弹性、抗腐蚀、 抗磨损、抗冲击和振 动的材料
出，广量程，特别适合制造高性能的工业控制
用压力变送器。大圆形膜片表面平整、易安装， 是欧美E+H、ABB、SIEMENS、H&Ｂ、VEGA等公司
压力变送器生产首选传感器。
制电路、调频电路。
3.2.1 双T电桥电路 1）测量电路 2）双T电桥电路的特点：
u～
V2
R2 R1
V1
C1
RL C2
图3.2.1 双T电桥电路
有一个公共接地点。 V1和V2工作在伏安特性的线性段。 输出电压较高。 灵敏度与电源频率有关。 可以用作动态测量。
3.2 常用测量电路
x A d C C0 d x x2 1 2 d 1
1、电容量C与x不是线性关系，只有当 x＜＜d时，才可认为 是最近似线形关系。 2、要提高灵敏度，应减小起始间隙d。 3、当d过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。 4、一般在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来提 高绝缘性。 5、在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用 差动式结构。
定方法十分简单： 设定按钮 智能化液位传感器的设
用手指压住设定按钮，
当液位达到设定值时，放开 按钮，智能仪器就记住该设 定。正常使用时，当水位高 于该点后，即可发出报警信
号和控制信号。
智能化液位限位传感器的设定按钮
正常工作 指示灯 电源 指示灯 超限灯
设定按钮
3.3 电容式传感器的应用
3.3.2 在压力测量中的应用
3.1 电容式传感器的原理与类型
3.1.3 变介电常数式电容传感器
1）当电介质改变时，电容量也会变化，可用下式表示。上 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。
C
0A
3.1 电容式传感器的原理与类型
3.1.3 变介电常数式电容传感器 表3-1 几种介质的相对介电常数
3.2 常用测量电路
常用电路有:双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调
制电路、调频电路。
3.2.1 双T电桥电路 测量电路
与P144不同 桥式转换电路
V2
R2 R1
V1
u～
图中 C1、C2 为差动电容式传感器的电 R1、R2为固定电阻。
C1
RL C2
容，RL为负载电阻，V1、V2为理想二极管，
第3章
电容式传感器
1、变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化 2、优点：结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适
应性强、抗过载能力大及价格低廉。
3、缺点：电容式传感器的泄漏电阻和非线性等缺点也
给它的应用带来一定的局限
4、应用：测量压力、力、位移、振动、液位等参数。
3.1 电容式传感器的原理与类型
设极板面积为A，其静态电容量为： C d 当活动极板移动x后，其电容量为： A
A
1
x d C C0 d x x2 1 2 d
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例：电容式传声器
3.1 电容式传感器的原理与类型
讨论：
3.1.2 变间隙式电容传感器 （改变极间距离）
x x2 C C ( 1 ) 0 当x＜＜d时, 1 d 2 1 则： d
3.1.1 变面积式电容传感器 （3）园柱型电容传感器
下图是园柱型，当动极板有一线位移时，两极板间覆盖面积就发 生变化，从而导致电容量的变化
C
0A
3.1 电容式传感器的原理与类型
3.1.2 变间隙式电容传感器 （改变极间距离） 下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C就改变了。
3.3 电容式传感器的应用
3.3.2 在压力测量中的应用 1151系列电容式变送器 1151系列电容式变送器是引进美国罗斯蒙 特公司技术制造的产品,具有设计原理新颖、 品种规格齐全、安装使用简便、本质安全防爆 等特点。其外形结构如图所示。 1）工作原理
被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元 件)的两侧隔离膜片上，通过隔离膜片和δ元件内的填充液传到预张紧的测 量膜片两侧。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和
3.3 电容式传感器的应用
3.3.2 在压力测量中的应用 FB0802陶瓷电容型压力变送器 FB0802陶瓷电容压力变送器采用具有国际先进 水平的陶瓷电容传感器，配合高精度电子元件， 经严格的工艺过程装配而成。抗过载和抗冲击能 力强，稳定性高，并有很高的测量精度。
/meter18_Product_5113583.html
图3.2.1 双T电桥电路
当V1导通、V2截止时C1充电；反之V1截止、V2导通时C2充电; 由图中可以看出，一路通过R1、RL，另一路通过R2、RL，这时流过RL
的电流为i1;
若C1或C2变化时，在负载RL上产生的平均电流将不为零，因而有信 号输出。
3.2 常用测量电路
常用电路有:双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调
第3章
电容式传感器
本章的主要内容有: 1.电容式传感器的结构原理; 2.电容式传感器的主要测量电路; 3.电容式传感器的结构类型; 4.电容式传感器的典型应用;
通过学习要求掌握电容式传感器的正确选用方法。
回顾：
第二章主要讲述了电阻式传感器，其主要内容有：
1、定义： 电阻式传感器 :是把被测量转换为电阻变化的一种传感器。 2、分类： 1）按工作的原理可分 2）按制作方式分 3、电阻应变式传感器--应变片 1）原理： 基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时， 其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化现象。
机械式油量表： 在油箱内，装 有类似卫生间水箱 里的浮球，通过杠 杆带动电阻丝式圆 盘电位器，由电流 表指示出油量。
电容式油量表
当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为 m 处。 当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失
去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同
压力差成正比，故两侧电容就不等，通过检测，放大转换成4-20mA的电流
信号输出。
3.3 电容式传感器的应用
3.3.3 在位移测量中的应用 capaNCDT610 电容式位移传感器 其结构如右图所示。传感器产生的 交流电压与电容电极之间的距离成正 比，经检波器与一个可设置的补偿电 压叠加经放大后作为模拟信号输出。 1）应用领域
时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达 到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（ x 处）。
该油量 表属于开环 系统还是闭 环系统？
上页所示的油量表在倾斜状态时可
以使用吗？为什么？
该油量
表可用于
飞机油箱
3.3 电容式传感器的应用
3.3.1 在物位测控中的应用 LP-5000系列电容物位变送器
根据表3-1，分析不同介质对变介电常数电容器的影响。 在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的 电容量大？可以用于测量什么非电量？
2）应用举例1：电容式接近开关
被测物体 感应电极
2:电容式转速传感器的结 构原理
振荡电路
测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物 体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使 得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.由此便可控制开 关的接通和关断;接近开关的检测物体，并不限于金属导体， 也可以是绝缘的液体或粉状物体。
3.2 常用测量电路
常用电路有:双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调
制电路、调频电路。
3.2.4 调频电路 当电容变化时导致振荡频率变化，再通过鉴频电路将其转 换为振幅的变化，经放大后即可显示，这种方法称为调频法。 测量电路见下图。振荡频率为
3.3 电容式传感器的应用
3.3.1 在物位测控中的应用 电容式油量表
化成线性关系。
3.2 常用测量电路
常用电路有:双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调
制电路、调频电路。
3.2.4 调频电路 当电容变化时导致振荡频率变化，再通过鉴频电路将其转 换为振幅的变化，经放大后即可显示，这种方法称为调频法。 测量电路见下图。振荡频率为
f 1 2 LC
1 f0 2 L(C1 C0 Cc )
2）应变片的电阻变化率：
dR d 2 R
对金属材料，导电率不变：
3）金属丝应变片：
dR (1 2 ) R
4）半导体应变计
dR d R
4、应变片测量电路
R1
R2
E
R3
V
R4
R2 R4 R1 R3 V E ( R1 R4 )(R2 R3 )
常用电路有:双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调
制电路、调频电路。
3.2.2 运算放大器式测量电路
ui
uo
电路的原理如上图所示。其输出电压 以 C x A 代入上式，则有： C0 d u 0 u i d A ∴ 输出电压u0与动极片位移d成线性关系。
C0 u 0 u i Cx