1、传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测n学习目标：学习目标： 使学生了解电容式传感器的工作原理、使学生了解电容式传感器的工作原理、测量电路及应用电路。测量电路及应用电路。n学习重点：学习重点： （1）电容式传感器的工作原理；）电容式传感器的工作原理； （2）电容式传感器的测量电路和应用。）电容式传感器的测量电路和应用。n学习难点：学习难点： 电容式传感器的测量电路和应用。电容式传感器的测量电路和应用。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测任务提出：任务提出： 各种汽车、飞机的仪表盘上都有各种汽车、飞机的仪表盘上都有油箱油量的指
2、示表，它是驾驶员要掌油箱油量的指示表，它是驾驶员要掌握的重要参数之一。检测油箱液位的握的重要参数之一。检测油箱液位的高低高低 。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测资讯资讯 电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。它具有高阻抗，小功率；动态范围大，响一种传感器。它具有高阻抗，小功率；动态范围大，响应速度快；几乎没有零漂；结构简单、适应性强，可在应速度快；几乎没有零漂；结构简单、适应性强，可在恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。的缺点
3、。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理 平板式电容器的电容量： dACA为两极板相互覆盖的有效面积；d为两极板间的距离；为极板间介质的介电常数。 变间隙式（或变极距式）变面积式变介电常数式+dA 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测各种电容式传感器的结构示意图变极距()型：(a)、(e)；变面积(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、（h）；变介电常数()型：（i）（l）传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测一、变间隙式电容传感器一、变
4、间隙式电容传感器dd传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测差动式结构优点：差动式结构优点：1、减小非线性误差、减小非线性误差2、提高传感器灵敏度、提高传感器灵敏度3、减小寄生电容的影响、减小寄生电容的影响4、减小温度、湿度等环境因素的影响、减小温度、湿度等环境因素的影响C2C1d1d200传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，金属导体阵列当用
5、户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘绝缘物物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。体之间的距离不同而变化。应用传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测直线位移型电容传感器 角位移型电容传感器二、变面积式电容传感器二、变面积式电容传感器传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测变介电常数式电容传感器 三、变介电常数式电容
6、传感器三、变介电常数式电容传感器 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测应用：应用：测量头构成电容器的一个极板，另一个极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连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物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体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体粉状物体振荡电振荡电路路感应电极被测物体传传感感器器技技术术与与
7、应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测电容电容式传式传感器感器的测的测量电量电路路电桥电路运放电路双T电路调频（谐振）电路脉冲宽度调制电路 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测运算放大器式电路运算放大器式电路 uCCuxo0传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测调频电路原理框图调频电路原理框图 LCf21cOCCCC1C传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测电容式液位传感器的外形图 电容式液位传感器的外形图，主要有棒式和缆式两种 传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液
8、位检测水箱的液位检测电容式液位传感器探头类型及应用探头类型探头类型典型应用典型应用金属裸棒探头金属裸棒探头非导电介质导电容器非导电介质导电容器全绝缘棒式探头全绝缘棒式探头导电介质或非导电介质导电容器导电介质或非导电介质导电容器带同轴接地管金带同轴接地管金属裸棒探头属裸棒探头介电常数介电常数5的非导电非结晶液体介质；非导电非结晶液体介质非导电容器；的非导电非结晶液体介质；非导电非结晶液体介质非导电容器；非导电非结晶液体介质容器虽导电但径向尺寸较小且形状不规则非导电非结晶液体介质容器虽导电但径向尺寸较小且形状不规则带同轴接地管全带同轴接地管全绝缘探头绝缘探头导电非结晶液体介质容器导电但径向尺寸较小
9、且形状不规则导电非结晶液体介质容器导电但径向尺寸较小且形状不规则金属裸缆探头金属裸缆探头非导电介质导电容器非导电介质导电容器全绝缘缆式探头全绝缘缆式探头导电介质或非导电介质大型导电容器导电介质或非导电介质大型导电容器带参考电极金属带参考电极金属裸棒双杆探裸棒双杆探头头非导电易结晶液体介质非导电容器非导电易结晶液体介质非导电容器带参考电极全绝带参考电极全绝缘棒式双杆缘棒式双杆探头探头导电且易结晶液体介质非导电容器；导电且易结晶液体介质容器导电但径导电且易结晶液体介质非导电容器；导电且易结晶液体介质容器导电但径向尺寸较小且形状不规则向尺寸较小且形状不规则整体聚四氟乙烯整体聚四氟乙烯包覆探头包覆探头
10、导电或非导电强腐蚀性介质而且环境有腐蚀性挥发物，腐蚀性蒸汽环境导电或非导电强腐蚀性介质而且环境有腐蚀性挥发物，腐蚀性蒸汽环境传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测决策与计划决策与计划电容式液位传感器不仅能测量腐电容式液位传感器不仅能测量腐蚀性液体，还能测量粉尘和固体颗粒，蚀性液体，还能测量粉尘和固体颗粒，可用于制药、化工、食品等行业。如可用于制药、化工、食品等行业。如啤酒罐装机酒位测控、奶制品生产线啤酒罐装机酒位测控、奶制品生产线液位测控、制药厂反应罐、油箱液位液位测控、制药厂反应罐、油箱液位测量等。测量等。选用带同轴接地管全绝缘探头。选用带同轴接地管全绝缘探
11、头。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测实施实施棒状电极（金属管）外面包裹聚四棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变化。间的电容变化。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测注意：注意：（a）屏蔽和接地）屏蔽和接地 （b）增加初始电容值，降低容抗。）增加初始电容值，降低容抗。（c）导线间分布电容有静电感应，因此导线和）导线间分布电容有静电感应，因此导线和导线要离得远，线要尽可能短，最好成直角排导线要离得远，线要尽可能短，最好成直角排列，若采用平行排列时可采用同轴屏蔽线。列，若采用平行排列时可采用同轴屏蔽线。（d）尽可能一点接地，避免多点接地。）尽可能一点接地，避免多点接地。传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测生产中电容式液位传感器传传感感器器技技术术与与应应用用任务任务1 水箱的液位检测水箱的液位检测检查与评价检查与评价消除寄生电容方法消除寄生电容方法1、减小连线电缆长度、减小连线电缆长度;2、采用等电位驱动技术、采用等电位驱动技术
