变面积式差动电容传感器[优质ppt]
差动变面积式电容传感器的静态及静态特征[新版]
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差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
【实验目的】
了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性
【实验仪器】
电容式传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、JK-19型直流恒压电源、JK-20型频率振荡器、九孔实验板接口平台、万用表、示波器
【实验原理】
由C = S0/d得，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类，本仪器中差动变面积式。
传感器由两组定片和一组动片组成。
当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，称为差动电容。
如将上层定片与动片形成的电容定为C l，下层定片与动片形成的电容定为C2，当将C l和C2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。
【实验步骤】
旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，万用表置于2 V档。
1．将电容式动片固定在振动盘上，调整好动片与静片的位置，不能相互接触。
2．按图22-1接线。
把电容的增益拧至合适位置，万用表20 V档。
调节测微头，使输出为零，并读出其刻度值。
3．转动测微头，每次0.3 mm，记下此时测微头的读数及万用表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。
退回测微头至初始位置，并开始以相反方向旋动，同上法，记下)mm (X 及)mV (U 值。
4．计算系统灵敏度S 。
X /U S ∆∆=（式中U ∆为电压变化，X ∆为相应的两端位移变化），并作出X ~U 关系曲线。
5．卸下测微头，断开万用表，接通激振器，用示波器观察输出波形。
改变激振频率，测量3种波形的电压、频率和周期。
实验六：差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
实验六差动变面积式电容传感器的静态及动态特性一、任务与目的了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。
二、实验仪器所需单元及部件：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、Ｆ／V表有关旋钮的初始位置：电压放大器增益旋钮置于中间，Ｆ／V表置于Ｖ表２Ｖ档，测微头调整为10mm（高度可根据实际情况略作改动），使电容器动片处在电容极板的中间位置。
测微头主尺（1mm）;副尺(0.01mm),副尺转动一圈是0.5mm,副尺上一共有50个格，每格表示0.01mm。
三、原理（条件）电容式传感器有多种形式，本仪器中差动变面积式。
传感器由两组定片和一组动片组成。
当安装于震动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。
如将上层定片与动片形成的电容定为 Cx1 ，下层定片与动片形成的电容为 Cx2 ，当将 Cx1 和 Cx2 接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。
四、内容与步骤（１）按图2接线。
信号转换过程：电容－>电压－>电压放大－>直流电压－>数字显示图2（２）F／V表打到20V，调节电容变换器（电容放大器）增益，使输出为零。
（３）转动测微头,每次0.1mm，（可根据实际情况决定每次转动测微头的位移数）记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。
（４）计算系统灵敏度Ｓ。
Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应的梁端位移变化），并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。
（画出线性特性较好的区域，并计算这段区域的灵敏度值）五、数据处理（现象分析）退回测微头至初始位置。
并开始以相反方向旋动。
同上法，记下X(mm)及 V(mv)值。
（2）计算系统灵敏度Ｓ。
Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应的梁端位移变化），并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。
（画出线性特性较好的区域，并计算这段区域的灵敏度值）图标如下，发现整条线性度都比较好，故选择所有数据区域进行计算计算系统灵敏度Ｓ=0.027 V/mm六、结论实验中可以发现当差动电容的动片位置上下移动时，与两组静片之间的重叠面积发生改变，从而引起极间电容发生改变使电路输出变化，实现传感功能，通过实验加深了对差动变面积式电容传感器的工作原理的理解，并且通过测得的实验数据进行分析整理，计算得到系统灵敏度为Ｓ=0.027 V/mm。
电容式传感器PPT课件
l1
C 22 (l l1) 21l1
d
ln( D ) ln( D )
D
d
d
ε1—被测液体介电常数 ε2—空气的介电常数 D、d—两同心圆柱的直径
l—柱体的有效总长度 l1——浸入液体的实际高度
C
2
ln( D
)
(1
2
)l1
d
K C 2 (1 2 )
l1 ln( D d )
第二节 电容传感器测量电路
5、新型电容式指纹传感器
FPS110电容式指纹传感器表面集合了300×300个电容器， 其外面是绝缘表面，当用户的手指放在上面时，由皮肤来组成 电容阵列的另一面。电容器的电容值由于导体间的距离而降低， 这里指的是脊（近的）和谷（远的）相对于另一极之间的距离。 通过读取充、放电之后的电容差值，来获取指纹图像。该传感 器的生产采用标准CMOS技术，大小为15×15mm2，获取 的图像大小为300×300，分辨率为500DPI。FPS110提供有 与8位微处理器相连的接口，并且内置有8位高速A/D转换器， 可直接输出8位灰度图像。FPS110指纹传感器整个芯片的功 耗很低（<200mw），价格也比较便宜（人民币600元以 下）。下图为利用FPS110获取的指纹图象
5、新型电容式指纹传感器
电容传感器系列 创新应用
第五章小结
1、变极距型电容传感器 输出呈非线性关系，灵敏度与极距平方成反比， 适合检测微小位移。
2、变面积型电容传感器
输出与被测量呈线性关系，适合检测较大的位移。 3、变介质型电容传感器
输出与被测量呈线性关系，典型应用是检测液位。 4、检测电路
运算放大器检测电路和电桥检测电路
剂固定两个截面为T型的绝缘体，
电容式传感器教学课件PPT
后,进行补偿。
h
27
第6章 电容式传感器
6.2.2运算放大器式电路
图6-10 运算放大器式 电路原理图
运算放大器要求：输入阻抗高（避免泄
漏）、放大倍数大（接近理想放大器）
U o
C Cx
Ui
Cx
A d
Uo
CUi
A
d
特点：
1.输出电压与极板距离d成正比
2.要求Zi及放大倍数足够大 3.为保证仪器精度,还要求电源电 压的幅值和固定电容稳定
ZCx2
U 2
•
•
U 11
1U
jCx2 2
•
＝U Cx1 Cx2
jCx1 jCx2
2 Cx1 Cx2
h
34
第6章 电容式传感器
可得：
•
•
U
o
U
C
2 C0
对于变间隙式差分电容传感器经分析推导可得：
•
• U d Uo
2 d0
（其 Cx1中 d0 A d， Cx2d0 A d）
优点：把变间隙式电容传感器的位移与电容的非线 性关系 转化为位移与输出电压的线性关系。
加速度传感器在汽车中的应用
装有传感器 的假人
气囊
h
49
第6章 电容式传感器
汽车气囊的保护作用
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 。
h
50
第6章 电容式传感器
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
h
51
第6章 电容式传感器
6.3电容式传感器的应用（3）
第6章 电容式传感器
h
1
第6章 电容式传感器
电容式传感器 课件
uC
u0
S
d
式中“负号”表示输出电压的 相位与电源电压反相。
上式说明 u 0与d成线性关系
脉冲宽度调制电路
脉冲宽度调制电路（PWM）是利用传感器的电容充放 电使电路输出脉冲的占空比随电容式传感器的电容量 变化而变化，然后通过低通滤波器得到对应于被测量 变化的直流信号。
变，导致两极板间的电容量发生变化
当 0 时
C0
A0
d
当 0 时
C
A0
(1
)
d
C0 (1
)
推导过程
电容与角位移成线性关系。其灵敏度为
K dC A d d
变面积式电容传感器的输出是线性的，灵敏度K是一 常数。
3 变介电常数型电容式传感器
极距变化型电容传感器的灵敏度与极距的平方成正比， 极距越小灵敏度越高。但极距过小，容易引起电容器击 穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料（云 母、塑料膜等）作介质。
原理上的非线性 ，要修正。
2 变面积式电容传感器
面积变化式电容传感器在工作时的极距、介质等 保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生 改变。
特点：运算式电路的原理较为简单，灵敏度和精度最 高。但一般需用“驱动电缆”技术来消除电缆电容的 影响，电路较为复杂且调整困难
2020/1/17
28
C ～u
Cx
A
由运算放大器工作原理可知
u0
1 / ( jCx ) 1 / ( jC)
u
C Cx
最新第3章电容式传感ppt课件
时（有3-1：7）
当介质 2 移进电容器中 x长度时，有：
CA
bx l1 l2
CB
ba x
1 l
1 2
1
（3-18）
• 电容量为：
CC 01Ax （3-19）
式呈中线性关系。 A
1
a
l1
l
1 2
l2
1
，为常数，电容量 C与位移量x
其灵敏度系数为：
KC C x AC 0
（3-20）
• 此传感器可用来测量差压或表压(静态)，并将信号转换为成比 例的电信号，输出0~5VDC或0~10VDC的电压信号或4—20mA的 电流信号。激励电压为24VAC或24VDC。具有IP65／NEMA一4防 护等级。测量范围最小可达0~25Pa，最大为0~7500Pa，在温室 下精度为±1% FS，温度补偿范围在5~65 ℃，通过温度补偿电 路，使温度影响小于 ±0.06%FS/℃，其中，FS代表满量程，
hr
式中： 0 ——外圆柱简与内圆柱重叠部分长度；
R ——外圆柱简内径；
r ——内圆拄外径。
内圆柱沿轴线移动△x 时．电容的变化量为：
C2lnR xC0
x h0
r（3-12）源自其灵敏度系数为：KC
C2常数
x lnR
（3-13）
r
• 3．角位移式电容传感器 角位移式电容传感器的结
构如图3-5(c)所示，定极板2的轴由被测物体带动而
图3-9 调频电路
图3-9中的调频振荡器的频串 可由下式决定：
f0
2
1 L0Cx
（3-23）
式中： L0——振荡回路的电感； CX——电容式传感器的总电容。 在电容式传感器尚未工作时，则
差动变面积式电容传感器的性能
实验四 差动变面积式电容传感器的性能
实验目的：了解差动变面积式电容传感器的工作原理和工作情况,与实验12进行灵敏度比较。
所需单元和部件：电容变换器、差动放大器、低通滤波器、V/F 表、测微器、 有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，V/F 表置于V 表2V 档,
注意事项：电容片的一组动片和两组定片不能相碰。
实验步骤：
（1）转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使同双平行梁连接的动片处于两定片中间位置，见示意图15(a)，再向上转动5mm ，使梁的自由端往上位移（这时电容片的一组动片一般处于上组定片的中间）。
（2）根据图15(b)的电路结构，将电容片的动片和上下两组定片，与电容变换器、差动
放大器、低通滤波器，电压表连接起来，组成一个测量线路。
（3）往下旋动测微器，使梁的自由端往下产生位移，从而改变电容片的动片和定片的相对位置（改变覆盖面积）。
每位移1mm ，记一个电压表数值，将所记数据填入下表。
根据所得数据计算灵敏度S 。
S=ΔV /ΔX （式中ΔV 为电压变化，ΔX 为相应的梁端位移变化），并作出V-X 关系曲线。
进一步与实验12的结果相比较。
X(mm) V(mv)
思考：
结合电容变换器电原理分析，为什么读数会过零。
∞
- + +
∞
_ + +。
变面积式电容传感器
变面积式电容传感器简介变面积式电容传感器是一种常见的电容传感器类型，它利用电容的变化来检测目标物体的接近或触摸。
相比于其他类型的传感器，变面积式电容传感器具有较高的灵敏度和精确度，广泛应用于自动化控制系统、智能设备、机器人技术等领域。
原理变面积式电容传感器由两个导电板组成，分别被称为感应电极和测量电极。
感应电极通常是一个大面积的导电板，而测量电极则是一个小面积的导电板。
当目标物体接近或触摸传感器时，它会改变感应电极和测量电极之间的电容值。
根据电容的定义，电容值与感应电极和测量电极之间的距离成反比。
当目标物体靠近传感器时，感应电极和测量电极之间的距离减小，导致电容值增加。
反之，当目标物体远离传感器时，感应电极和测量电极之间的距离增加，导致电容值减小。
结构变面积式电容传感器通常由以下几个部分组成：1.感应电极：感应电极是一个大面积的导电板，它负责产生一个强电场以感应目标物体附近的电容变化。
2.测量电极：测量电极是一个小面积的导电板，它负责测量感应电极和目标物体之间的电容值。
3.信号处理电路：信号处理电路用于将测量电极获得的电信号转换为数字信号，以便传输和处理。
4.外壳：外壳用于保护电容传感器的内部结构，同时提供固定和安装的功能。
工作原理变面积式电容传感器的工作原理可以分为以下几个步骤：1.传感器发送一个高频信号到感应电极上，形成一个强电场。
2.当目标物体接近或触摸传感器时，它会改变感应电极和测量电极之间的电容值。
3.测量电极测量电容值，并将其转换为电信号。
4.信号处理电路将电信号转换为数字信号，进行进一步的处理或输出。
应用领域变面积式电容传感器广泛应用于以下领域：1.自动化控制系统：变面积式电容传感器可用于检测物体的位置、接近和触摸，实现自动化控制系统的功能。
2.智能设备：变面积式电容传感器可用于智能手机、平板电脑、智能手表等设备中的触摸屏和按键。
3.机器人技术：变面积式电容传感器可用于机器人的碰撞检测、接近检测和手势识别等功能。
差动变面积式电容位移传感器
燕山大学传感器设计说明书课题名称：差动变面积式电容位移传感器班级：指导老师：学生姓名：摘要设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。
1、测量范围（mm）：0~±1mm；2、线性度（%Fs）：0.5；3、分辨率（μm）：0.01；4、灵敏度（PF/mm）：2.3。
通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。
利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。
结合传感器实验平台，确定传感器的静态灵敏度和线性范围，并设计电容传感器的电子秤应用实验。
目录一电容传感器工作特性二设计要求：三设计原理：四消除和减少寄生电容的影响五差动放大电路六相敏检波器系统工作及原理七实验设计八心得体会九参考文献一电容传感器工作特性电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。
相对与其他传感器来说，电容式传感器的温度稳定性好，其结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作，适应性强；它的静电引力小，动态响应好，可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等；它能够实现非接触测量，在被测件不能受力，或高速运动，或表面不连接，或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务；当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。
因其所需的输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等，由于在空气等介质中损耗小，采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度，分辨力高，能敏感0.01μm至更小的位移。
本课题采用差动变面积式电容位移传感器，线性的反映电容和位移的变化关系。
二设计要求：设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。
1、测量范围（mm）：0~±1mm；2、线性度（%Fs）：0.5；3、分辨率（μm）：0.01；4、灵敏度（PF/mm）：5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。
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