电工学5电容式传感器与压电式.ppt

第五章、电容式传感器,5.1 电容式传感器,变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化,两平行极板组成的电容器,它的电容量为:,、A或发生变化时，都会引起电容的变化。,5.电容式传感器,a)极距变化型,驻极体电容传声器,它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。,5.电容式传感器,b)面积变化型,5.电容式传感器,平面线位移型,5.电容式传感器,柱面线位移型.,5.电容式传感器,产品.,陶瓷电容压力传感器,液体压力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生 位移。,5.电容式传感器,c)介质变化型,5.电容式传感器,产品.,电容式液位传感器（液位计/料位计）,5.电容式传感器,电容式接近开关,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.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。,5.电容式传感器,5.电容式传感器,5.2 测量电路,a)电桥电路,5.电容式传感器,（b）调频电路 这种电路是将电容式传感器作为LC振荡器谐振回路的一部分，或作为晶体振荡器中的石英晶体的负载电容。当电容传感器工作时，电容Cx发生变化，使振荡器的频率f发生相应的变化。由于振荡器的频率受电容式传感器的电容调制，这样就实现了Cf的变换，故称为调频电路。图为LC振荡器调频电路方框图。调频振荡器的频率可由下式决定：,式中 L振荡回路电感；C振荡回路总电容。C包括传感器电容Cx、谐振回路中的微调电容C1和传感器电缆分布电容Cc，即 CCx+C1+Cc。,振荡器输出的高频电压是一个受被测量控制的调频波，频率的变化在鉴频器中变换为电压幅度的变化，经过放大器放大后就可用仪表来指示。,5.电容式传感器,b)调频电路-谐振电路,5.电容式传感器,5.电容式传感器,b)调频电路-运算放大器电路,(c)脉冲宽度调制电路(PWM),脉冲宽度调制电路是利用对传感器电容的充放电，使电路输出脉冲的宽度随电容传感器的电容量变化而改变，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。脉冲宽度调制电路如上图所示。,初始状态：AQ高电位，BQ()低电位电容C1与C2的充放电时间由C1、C2的时间常数决定，也就是说，PWM的输出是一个宽度受电容C1和C2控制的方波信号，C1、C2的变化将引起输出方波正负时间比。,1工作原理参见教材P54，图5-4（电路分析）,2测量原理经低通滤波后，输出电压（平均电压）：,式中：T1、T2：电容C1与C2的充电至UC需要的时间，即A、B点的脉冲宽度，由电容C1与C2的大小决定，且CT；u1：触发器输出的高电位。,时，,常数,当,从上面的推导可以看出，PWM的输出与电容差成正比，且极性由 决定。PWM的优点：PWM的输出与输入成线性关系（无论电容传感器本身的线性与否）；只需经过低通滤波，无需解调即可得到直流输出。,一、电容测厚仪 下图为测量厚度的电容测厚仪原理图。在被测金属带材的上下两侧各放置一块面积相等，与带材距离相等的极板2，这样极板与带材就形成了两个电容器。把两块极板用导线连接起来就成为一个极板，而金属带材就是电容的另一个极板，其总电容CxC1+C2=2C。如果带材厚度发生变化，则引起电容量的变化。用交流电桥将电容的变化检测出来，经过放大，即可由电容测厚仪显示出带材厚度的变化。,5.3 电容式传感器的应用：,5.电容式传感器,