5_1 第五章 电容传感器

位变送器的区别在于：它
不给出模拟量，而是给出
开关量。当液位到达设定
值时，它输出低电平。但
也可以选择输出为高电平
的型号。
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液位限位传感器 的设定
定方法十分简单： 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 设定按钮 智能化液位传感器的设
定。正常使用时，当水位高
该油量 表属于开环 系统还是闭 环系统？
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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
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五、电容式接近开关
被检测物体可以是导电体、介质损耗 较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人 体等） ；可以是接地的，也可以是不接地 的。 调节接近开关尾部的灵敏度调节电位 器，可以根据被测物不同来改变动作距离。
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表5-1 几种介质的相对介电常数
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变介电常数式电容传感器的用途
根据表5-1，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？
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第二节
电容式传感器的测量转换电路 （调频电路 ）
调频电路将电容式传感器作为 LC 振荡器谐振 回路的一部分，当电容传感器工作时，电容Cx 发 生变化，就使振荡器的频率 f 产生相应的变化。
使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞 时，经控制系统使气囊迅速充气 。
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汽车气囊对驾驶员的保护作用
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利用加速度传感器实现
延时起爆的钻地炸弹
传感器安装位置
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三、湿敏电容
利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容 传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。 当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的 水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数 大为增加（水的相对介电常数为80），所以电 容量增大。
量范围为数个g，可输出与加
速度成正比的电压也可输出占
空比正比于加速度的PWM 脉 冲。
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微加工三轴加速度传感器
技术指标：
灵敏度：500mV/g ，
量程：10g， 频率范围：0.5-2000Hz， 安装谐振点:8kHz ， 分辨力：0.00004g ，
重量：200g ，
安装螺纹：M5 mm ，
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湿敏电容外形
吸水高分子薄膜
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湿敏电容模块及传感器外形
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湿敏电容传感器的安装使用
带报警器的家庭使用型
在野外的使用
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多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形
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四、电容式油量表
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。
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加速度传感器在汽车中的应用
装有传感 器的假人 气囊
加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测 得的负加速度值超过设定值时， 微处理器据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀， 托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。
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汽车气囊的保护作用
于该点后，即可发出报警信 号和控制信号。
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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
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二、硅微加工加速度传感器
图示加速度传感器以微细
加工技术为基础，既能测量交
变加速度（振动），也可测量 惯性力或重力加速度。其工作
电压为2.7～5.25V，加速度测
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电容式接近开关外形
齐平式
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非齐平式
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非齐平式接近开关的安装
非齐平式安装时，传感器高于安
装支架，易损坏。
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远距离式（大量程）
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全密封防水式
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电容接近开关的规格
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电容式接近开关在液位测量控制中的使用
想办法将被测非电量转换成极距或者面积、介电
常数的变化，就可以通过测量电容量这个电参数
来达到非电量电测的目的。
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一、电容式液位计
棒状电极（金属管）外 面包裹聚四氟乙烯套管，当 被测液体的液面上升时，引
起棒状电极与导电液体之间
的电容变大。
聚四氟乙烯外套
电容式液位限位传感器
液位限位传感器与液
1 f 2 L0C
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电容式传感器的调频电路与电涡流传感器有 何区别？式中哪些量是变量？
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调频（FM）电路
TTL电平的高电平和低电平电压范围分别是多少伏？
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第三节
电容式传感器的应用
电容器的容量受三个因素影响，即：极距x、 相对面积A 和极间介电常数 。固定其中两个变 量，电容量C 就是另一个变量的一元函数。只要
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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
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）。
线性误差：≤1%
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硅微加工加速度传感器原理
1—加速度测试单元
2—信号处理电路 3—衬底 4—底层多晶硅（下电极） 5—多晶硅悬臂梁
6—顶层多晶硅（上电极）
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利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结
构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C1、
电容传感器的基本理想公式为
C
A
d

0 r A
d
改变A、d、 三个参量中的任意一个量，均可使 平板电容的电容量C 改变。
固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电
容传感器。
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一、变面积式电容传感器
图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动， 称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形 变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直 线运动。图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带 动而旋转一个角位移 度时，两极板的遮盖面积A就减小，因
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电容式接近开关在 液位物位测量控制中的使用
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电容式接近开关在物位测量控制 中的使用演示
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不同材料的非金属检测物对电容式接
近开关动作距离的影响
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本章作业：
P 94：5、6
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休息一下
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第五章
电容传感器
本章学习电容传感器的原理
及应用，还涉及压力、液位及流
量的测量方法。
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第一节
电容式传感器的工作原理 及结构形式
电容传感器的基本理想公式为
C
A
d

0 r A
d
上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪 几种类型的电容传感器？
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第一节
电容式传感器的工作原理 及结构形式
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变极距式电容传感器的特性曲线
a）
结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1—定极板 2—动极板
从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小 些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距d0较 小时，它的测量范围变大还是变小？
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三、变介电常数式
因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电 容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也 就不同。
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而电容量也随之减小。
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变面积式电容传感器的特性
变面积式电容传感器的输出特性是线性的，
灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位
移、角位移、尺寸等参量。 请画出变面积式电容传感器的输出特性曲线！
20来自百度文库3-8-15
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二、变极距式电容传感器
当动极板受被测物体作用引起位移时， 改变了两极板之间的距离d，从而使电容量 发生变化。 实际使用时，总是使初始极距d0尽量 小些，以提高灵敏度，但这也带来了变极 距式电容器的行程较小的缺点。
C2。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅
是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相
当于悬臂梁。 当它感受到上下振动时，C1、C2呈差动变化。与加速度测
试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将Δ C 转换成直流输
出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由 于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可 达1kHz以上，允许加速度范围可达10g 以上。 如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感 器，就可以测量三维方向的振动或加速度。