变极距型电容传感器
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自动化与电气工程学院
College of Automation and Electrical Engineering
工业测控仪表
变极距型 电容传感器
授课教师：王轶卿
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
2
复习：电容传感器工作原理
17
电容式接近开关原理
上检测 极板
下检测 极板
测量转换电路
被 测 物
串联
导电！
C C1C2 C1 C2
18
接近开关拓展思考
Q：电容接近开关对被测介质有无要求？ 还有何种类型的接近开关？使用时各有何特点？ A：导电，远离金属物体
电涡流接近开关、霍尔接近开关
19
应用3 投入式电容液位传感器
P0
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
11
三、变极距型电容传感器的应用
1 电容式加速度传感器 2 电容式接近开关 3 投入式电容液位传感器 4 电容式差压传感器
12
应用1 电容式加速度传感器
体积小
负加速度
加速度传感器在汽车中的应用
13
硅微电容加速度传感器
多晶硅上电极 多晶硅下电极
S
定极板
d d1
d2
r 动极板 C1
r
C2
差动型 定极板
初态： d10 d20
C10 C20
d : C1= C2
差动电容输出曲线
Δd
斜率变大
灵敏度提高
曲线变直
改善非线性
6
差动变极距型电容传感器
S
动极板 d
d
r
定极板
单一型
灵敏度
相对非线性 误差
C0
kd
C d
1
d0 d
d0
L
d d0
100%
外壳
p2
p1
金 属镀 层
过 滤器
凹 形玻 璃
膜片
膜片：弹性元件
差动变极距型电容传感器
23
本节内容回顾
重点 难点
差动结构
电容接近开关
霍尔接近开关 电涡流接近开关
非接触
24
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
25
站在巨人肩上——前沿科技
4
一、变极距型电容传感器
S
动极板
d
r
C C
d
C1C1
定极板
C2C2
OO d1d1 d2d2
d
初始极距d0
动极板向下移动
极距减小Δd
Cd
0 r S
d0 d
非线性
灵敏度 kd
C d
Cd C0 d
C0 d0 d
d0越小
灵敏度越高
测量范围越小
5
差动变极距型电容传感器
S
动极板 d
d
r
定极板
单一型
动极板向下运动
原理： P P0 gH
陶瓷膜片
压力P 镀金陶瓷膜片 动极板位移
变极距型电容传感器
H P
弹性元件
电容量变化
20
各种电容液位传感器
差压式
投入式
变介质型 液位限位报警
总结：几种电容液位传感器的优点、缺点、 使用方法、标定方法以及适用场合。
21
应用4 电容式差压传感器
低压侧进气口
高压侧进气口
22
电容式差压传感器内部结构
29
S
定极板
d d1
d2
r 动极板 C1
r
C2
定极板
差动型
2C0
kd
'
C d
1
d0 ( d
)2
d0
L
'
(
d d0
)2
100%
结论：差动型灵敏度提高近一倍，
相对非线性误差减小一个数量级！ 7
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
工作原理：平板电容器，忽略边缘效应
C S 0r S
d
d
式中:
ε—电容极板间介质的介电常数； 0 r
S—两平行板所覆盖的有效面积；
d—两平行板之间的距离。
ε0 —真空介电常数
εr —极板间介质的相对介电常数
3
上一专题
电容传感器的类型
C S
d
变面积型电容传感器
变介质型电容传感器 变极距型电容传感器
8
二、变极距型电容传感器测量电路
调频电路 脉冲调制电路 环形二极管检流程
f 1
鉴频器特性
2 L0Cd
被测物理量变化 电容Cd变化
LC 振荡器输出频率变化
输出电压Uo变化
将频率转换为电压U0输出
与电涡流传感器调频电路有何区别？
10
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
多晶硅悬臂梁
差动变极距型电容传感器
三轴加速度传感器
14
应用2 电容式接近开关
接近开关：无触点行程开关,当物体与接近开关的感应面之间的 距离达到动作距离时，无需与运动部件直接接触即可操作。
电容式接近开关用于物位测量
15
各种电容式接近开关
远距离大量程
全密封防水式
16
各种电容式接近开关
齐平式
非齐平式
MEMS电容式压力传感器
直接输出经过温度补偿过的压力信号 能充分满足在以电池供电及便携式的产品中的应用 尺寸小、功耗低、转换速度快…
26
网络拓展阅读
欧姆龙E2K-X电容式接近开关选型
/fileview_899834.html
压力传感器
/view/54664.htm?fr=aladdin
汽车侧面碰撞的乘员保护——国家质监检验检疫总局
/info/17250.html
SMC1800系列干式陶瓷压阻压力传感器
/proshow.aspx?cateid=34&productsid=62
27
28
欢迎各位专家 批评与指导！
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工业测控仪表
变极距型 电容传感器
授课教师：王轶卿
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
2
复习：电容传感器工作原理
17
电容式接近开关原理
上检测 极板
下检测 极板
测量转换电路
被 测 物
串联
导电！
C C1C2 C1 C2
18
接近开关拓展思考
Q：电容接近开关对被测介质有无要求？ 还有何种类型的接近开关？使用时各有何特点？ A：导电，远离金属物体
电涡流接近开关、霍尔接近开关
19
应用3 投入式电容液位传感器
P0
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
11
三、变极距型电容传感器的应用
1 电容式加速度传感器 2 电容式接近开关 3 投入式电容液位传感器 4 电容式差压传感器
12
应用1 电容式加速度传感器
体积小
负加速度
加速度传感器在汽车中的应用
13
硅微电容加速度传感器
多晶硅上电极 多晶硅下电极
S
定极板
d d1
d2
r 动极板 C1
r
C2
差动型 定极板
初态： d10 d20
C10 C20
d : C1= C2
差动电容输出曲线
Δd
斜率变大
灵敏度提高
曲线变直
改善非线性
6
差动变极距型电容传感器
S
动极板 d
d
r
定极板
单一型
灵敏度
相对非线性 误差
C0
kd
C d
1
d0 d
d0
L
d d0
100%
外壳
p2
p1
金 属镀 层
过 滤器
凹 形玻 璃
膜片
膜片：弹性元件
差动变极距型电容传感器
23
本节内容回顾
重点 难点
差动结构
电容接近开关
霍尔接近开关 电涡流接近开关
非接触
24
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
25
站在巨人肩上——前沿科技
4
一、变极距型电容传感器
S
动极板
d
r
C C
d
C1C1
定极板
C2C2
OO d1d1 d2d2
d
初始极距d0
动极板向下移动
极距减小Δd
Cd
0 r S
d0 d
非线性
灵敏度 kd
C d
Cd C0 d
C0 d0 d
d0越小
灵敏度越高
测量范围越小
5
差动变极距型电容传感器
S
动极板 d
d
r
定极板
单一型
动极板向下运动
原理： P P0 gH
陶瓷膜片
压力P 镀金陶瓷膜片 动极板位移
变极距型电容传感器
H P
弹性元件
电容量变化
20
各种电容液位传感器
差压式
投入式
变介质型 液位限位报警
总结：几种电容液位传感器的优点、缺点、 使用方法、标定方法以及适用场合。
21
应用4 电容式差压传感器
低压侧进气口
高压侧进气口
22
电容式差压传感器内部结构
29
S
定极板
d d1
d2
r 动极板 C1
r
C2
定极板
差动型
2C0
kd
'
C d
1
d0 ( d
)2
d0
L
'
(
d d0
)2
100%
结论：差动型灵敏度提高近一倍，
相对非线性误差减小一个数量级！ 7
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
变极距型电容传感器测量电路
变极距型电容传感器的应用
前沿科技与网络拓展阅读
工作原理：平板电容器，忽略边缘效应
C S 0r S
d
d
式中:
ε—电容极板间介质的介电常数； 0 r
S—两平行板所覆盖的有效面积；
d—两平行板之间的距离。
ε0 —真空介电常数
εr —极板间介质的相对介电常数
3
上一专题
电容传感器的类型
C S
d
变面积型电容传感器
变介质型电容传感器 变极距型电容传感器
8
二、变极距型电容传感器测量电路
调频电路 脉冲调制电路 环形二极管检流程
f 1
鉴频器特性
2 L0Cd
被测物理量变化 电容Cd变化
LC 振荡器输出频率变化
输出电压Uo变化
将频率转换为电压U0输出
与电涡流传感器调频电路有何区别？
10
变极距型电容传感器
变极距型电容传感器原理及结构
多晶硅悬臂梁
差动变极距型电容传感器
三轴加速度传感器
14
应用2 电容式接近开关
接近开关：无触点行程开关,当物体与接近开关的感应面之间的 距离达到动作距离时，无需与运动部件直接接触即可操作。
电容式接近开关用于物位测量
15
各种电容式接近开关
远距离大量程
全密封防水式
16
各种电容式接近开关
齐平式
非齐平式
MEMS电容式压力传感器
直接输出经过温度补偿过的压力信号 能充分满足在以电池供电及便携式的产品中的应用 尺寸小、功耗低、转换速度快…
26
网络拓展阅读
欧姆龙E2K-X电容式接近开关选型
/fileview_899834.html
压力传感器
/view/54664.htm?fr=aladdin
汽车侧面碰撞的乘员保护——国家质监检验检疫总局
/info/17250.html
SMC1800系列干式陶瓷压阻压力传感器
/proshow.aspx?cateid=34&productsid=62
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