电容式传感器

FinalrevisiononNovember26,2020电容式传感器课  题第四章 电容式传感器第一节　电容式传感器的基本概念及主要特点第二节　电容式传感器的工作原理及结构形式课 型新课授课班级授课时数2教学目标1．理解电容式传感器的基本概念和特点。2．掌握电容式传感器的工作原理及结构形式。教学重点1．电容式传感器的基本概念。2．电容式传感器的工作原理及3种结构形式。教学难点三种类型电容式传感器的电容变化量计算。学情 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 教学效果教后记新授课A、复习电阻式传感器。B、新授课第一节　电容式传感器的基本概念及主要特点一、基本概念电容式传感器是以不同类型的电容器作为传感元件，并通过电容传感元件把被测物理量的变化转换成电容量的变化，然后再经转换电路转换成电压、电流或频率等信号输出的测量装置。二、主要特点①结构简单，易于制造。②功率小、阻抗高、输出信号强。③动态特性良好。④受本身发热影响小。⑤可获得比较大的相对变化量。⑥能在比较恶劣的环境中工作。⑦可进行非接触式测量。⑧电容式传感器的不足之处。主要是寄生电容影响比较大；输出阻抗比较高，负载能力相对比较大；输出为非线性。第二节电容式传感器的工作原理及结构形式一、工作原理电容式传感器的工作原理可以从图4-1所示的平板式电容器中得到 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 。由物理学可知，由两平行极板所组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为图4-1平板式电容器式中，A——两极板相互遮盖的面积（mm2）——两极板之间的距离（mm）ε——两极板间介质的介电常数（F/m）由以上计算公式可见，当被测量使A，δ，ε三个参数中任何一项发生变化时，电容量就要随之发生变化。二、结构形式1．变面积（A）型电容式传感器变面积型电容传感器的结构原理如图4-2所示。图中（a）、（b）为单边式，（c）为差分式；（a）、（b）也可做成差分式。图中1，3为固定板，2是与被测物相连的可动板，当被测物体带动可动板2发生位移时，就改变了可动板与固定板之间的相互遮盖面积，并由此引起电容量C发生变化。对于如图4–2（a）所示的平板式单边直线位移式传感器，若忽略边缘效应，其电容变化量为4-2变面积型电容式传感器结构原理图（a）单边直线位移式（b）单边角位移式（c）差分式式中，b——极板宽度a——极板起始遮盖长度Δa——动极板位移量ε——两极板间介质的介电常数δ——两极板间的距离C0——初始电容量这种平极单边直线位移传感器的灵敏度S为S=ΔC/dx=εb/δ=常数对于如图4-2（b）所示的单边角位移型传感器，若忽略边缘效应，则电容变化量为式中，α——覆盖面积对应的中心角度r——极板半经α——动极板的角位移量这种单边角位移式传感器的灵敏度为式中，A0——电容器起始覆盖面积θ——动板的角位移量实际应用时，为了提高电容式传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差分式，如图4-2（c）所示。中间的极板2为动板，上、下两块（即板1和3）为定板。当动板向上移动一个距离x后，上极距就要减少一个x，而下极距就要增加一个x，从而引起上、下电容变化。差接后的这种传感器灵敏度可提高一倍。2．变极距（δ）型电容式传感器图4-3为变极距型电容式传感器结构原理图。图中1和3为固定极板，2为可动极板（或相当于可动极板的被测物），其位移由被测物体带动。从图4-3（a），（b）可看出，当可动极板由被测物带动向上移动（即δ减小）时，电容值增大，反之电容值则减小。图4-3变极距型电容式传感器结构原理图（a）被测物与可动极板相连（b）被测物为可动极板（c）差分式设极板面积为A，初始距离为δ0，以空气为介质时，电容量C0为C0=ε0A/δ0。当间隙δ0减小δ变为δ时（设δ<<δ0），电容C0增加C变为C，即图4-4C—特性曲线图电容C与间隙δ之间的变化特性如图4-4所示。电容式传感器的灵敏度用S 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示，其计算公式为在实际应用时，为了改善其非线性、提高灵敏度和减小外界的影响，通常采用图4-3（c）所示的差分式结构。这种差分式传感器与非差分式的相比，灵敏度可提高一倍，并且非线性误差可大大降低。差分式电容式传感器的灵敏度计算公式为S（差）=C/C=2δ/δ。3．变介电常数（ε）型电容式传感器变介电常数型电容式传感器的结构原理如图4-5所示。其中图（a）中的两平行极板为固定板，极距为δ0，相对介电常数为εr2的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变了两种介质极板的覆盖面积。于是传感器总的电容量C应等于两个电容C1和C2的并联之和，即图4-5变介电常数型电容式传感器（a）电介质插入式（b）绝缘物位检测式中，l0，b0——极板的长度和宽度l——第二种介质进入极板间的长度当介质1为空气，l=0时，传感器的初始电容C0=ε0εrl0b0/δ0；当介质2进入极板间l距离后，所引起电容的相对变化为可见，电容的变化与介质2的移动量l成线性关系。上述原理可用于非导电绝缘流体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的位置测量。如图4-5（b）所示，将电容器极板插入被监测的介质中。随着灌装量的增加，极板覆盖面也随之增大，从而测出输出的电容量。根据输出电容量的大小即可判定灌装物料的高度l。说明：当极板间有导电物质存在时，应选择电极表面涂有绝缘层的传感器件，以防止电极间短路。（提问）（与电阻是对比介绍）（简要分析原因）（讲解）（讲解）（讲解）（区别三种变面积型电容式传感器）（讲解）（讲解）练习思考题与习题4-1、4-2、4-3小结1．电容式传感器是以不同类型的电容器作为传感元件，并通过电容传感元件把被测物理量的变化转换成电容量的变化，然后再经转换电路转换成电压、电流或频率等信号输出的测量装置。2．电容式传感器的工作原理，电容量计算公式为：3．电容式传感器的基本类型：变面积（A）型、变极距（δ）型、变介电常数（）型。布置作业思考题与习题4-4、4-5课  题第四章 电容式传感器第三节电容式传感器典型测量电路及分析第四节电容式传感器的应用课 型新课授课班级授课时数2教学目标1．掌握电容式传感器的典型测量电路。2．了解电容式传感器的三项应用。教学重点1．电容式传感器的三种测量电路的工作原理。2．电容式传感器应用的原理。教学难点1．电容式传感器典型测量电路的分析与计算。2．差分式电容压力传感器的工作原理。学情分析教学效果教后记新授课A、复习电容式传感器的基本概念和性质。B、新授课第三节电容式传感器典型测量电路及分析一、交流电桥电路用于电容式传感器的交流电桥电路如图4-6所示。图4-6电容式传感器桥式转换电路（a）单臂接法（b）差分接法其中图（a）为单臂接法的桥式测量电路，电路中高频电源经变压器接到电容电桥的一条对角线上，电容C1，C2，C3，Cx构成电桥电路的4个桥臂，Cx为电容传感器。当交流电桥平衡时，即C1/C2=Cx/C3，则输出，当Cx改变时，则，就会有电压输出。图（b）为差分式电容式传感器，其空载输出电压为式中，C0——传感器初始电容值C——传感器电容量的变化值需要说明的是，若要判定的相位，还要把桥式转换电路的输出经相敏检波电路进行处理。二、调频电路图4-7为电容式传感器的调频电路图，其中图（a）为调频电路框图，图（b）为调频电路原理图。该电路是把电容式传感器作为LC振荡回路中的一部分，当电容式传感器工作时，电容Cx发生变化，这就使得振荡器的频率f发生相应的变化。由于振荡器的频率受到电容式传感器电容的调制，从而实现了电容向频率的变换，因而称之为调频电路。调频振荡器的频率计算公式是。式中，L——振荡回路电感C——振荡回路总电容量。（包括传感器电容Cx，振荡回路微调电容C1，传感器电缆分布电容Ci）图4-7电容式传感器调频电路图(a)调频电路方框图(b)调频电路原理图振荡器输出的高频电压是一个受到被测量控制的调频波，频率的变化在鉴频器中变换成为电压的变化，然后再经放大后去推动后续指示仪表工作。从电路原理上看，图中C1为固定电容，Ci为寄生电容，传感器Cx=C0±C。设C=C1+C2+C3+Ci+Cx；C2=C3< 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的。接近开关是以电极为检测端的静态感应方式，由高频振荡、检波、放大、整形及输出等部分组成。其中装在传感器主体上的金属板为定板，而被测物体上的相对应位置上的金属板相当于动板。工作时，当被测物体移动接近传感器主体时，由于两者之间的距离发生了变化，从而引起传感器电容量的改变，使输出发生变化。此外，开关的作用表面与大地之间构成一个电容器，参与振荡回路的工作。当被测物体接近开关的作用表面时，回路中的电容量将发生变化，使得高频振荡器的振荡减弱直至停振。振荡器的振荡及停振这两个信号是由电路转换成开关信号后送至后续开关电路，从而完成传感器按预先设置的条件发出信号，控制或检测机电设备，使其正常工作的任务。（提问）（参考电路图讲解）（讲解）（参考教材，说明调频电路的特点）（简单介绍各组成部分作用）（对照电路图说明电路原理）（讲解）（讲解）（结合图片讲解原理）（分析控制电路中的信号流向及转换过程）（简要说明其特点）练习思考题与习题4-7、4-8、4-10小结1．电容式传感器典型测量电路：交流电桥电路、调频电路、脉冲宽度调制电路。2．交流电桥电路有：单臂接法、差分接法。3．电容式传感器的应用：电容测厚仪、差分式电容压力传感器、电容式接近开关。布置作业思考题与习题4-9