一章电容式传感器

u0
ui
C0 d
A
C0 Cx
输出电压u0与动极片位移d成线性关系。
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3.2.3 脉冲调制电路
这种电路根据差动电容C1和C2的大小控 制直流电压的通断，所得方波与C1和C2有确 定的函数关系。线路的输出端就是双稳态触
发器的两个输出端。
当C1=C2时，两个电容充电时间常数相等， 两个输出脉冲宽度相等输出电压的平均值为
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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
1）测量电路
电路原理如图所示。图中C1、C2为差动电容式 传 感 器 的 电 容 ， RL 为 负 载 电 阻 ， V1、V2 为 理 想二极管，R1、R2为固定电阻。
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。
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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。
零。反之不为零，且T1正比于C1，而T2正比于
C2，输出电压为
u0
C1 -C2 C1 C2
u1
可见，输出电压与电容变化成线性关系。
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3.2.4 调频电路
测量电路见下图。当电容变化时导致振荡频率变 化，再通过监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。 振荡频率为
其灵敏度为
KCb
x d
变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输出与输入呈线形关系。
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（2）角位移型
下图是角位移型电容式传感器。
当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，
从而导致电容量的变化，此时电容值为
C
角位移型
A(1 )
d
C0(1)
+ + +
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（3）园柱型电容传感器
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)的变化而发生变化象。
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2）应变片的电阻变化率：
dR
R
2
d
3）金属丝应变片：
对金属材料，导电率不变：
dR(12)
R
4）半导体应变计
dR d R
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4、应变片测量电路
R1
R2
E
V
R4 R3
V R2R4R1R3 E (R1R4)(R2R3)
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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）双T电桥电路的特点： I. 有一个公共接地点。 II. V1和V2工作在伏安特性的线性段。 III. 输出电压较高。 IV. 灵敏度与电源频率有关。 V. 可以用作动态测量。
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3.2.2 运算放大器式测量电路
电路的原理如上图所示。其输出电压 u0 ui
以
Cx
A
d
代入上式，则有
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。
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3.1 电容式传感器的原理与类型
电容式传感器的基本工作原理如图所示，从中可看出，є，A，d三个 参数都直接影响着电容量C的大小。所以电容式传感器可以分为三种类 型：
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
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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。
设极板面积为A，其静态电容量为 C
f 1
2 LC
f0
2
1 L(1CC0Cc)
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3.3 电容式传感器的应用
3.3.1 在物位测控中的应用
3.3.1.1 LP-5000系列电容物位变送器
A
d
，当活动极板移动x后，其电容量为
C
A
d x
1 x
C0
1
d x2
d2
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例：电容式传声器
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讨论：
当x＜＜d时
1
x2 d2
1
则
C
C0
(1
x) d
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过小。
3、当d过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也 高了。
+
A
C
0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+
+
δ、A或ε发生变化时，
都会引起电容的变化。
1、改变极板面积的变面积式； 2、改变极板距离的变间隙式； 3、改变介电常数的变介电常数式。
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3.1.1 变面积式电容传感器
（1）直线位移型
当动极板移动△x后，覆盖面积 就发生变化，电容量也随之改 变，其值为
CC C 0d b x C 0 a x
V2
V1
u～ C1
R2
R1
RL C2
2）原理分析见下图
图3.2.1 双T电桥电路
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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R1、R2、V2，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。
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。
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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。
C
0A
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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。