1、现代测试技术一一电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器的工作原理和结构二二电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路三三电容式传感器的应用电容式传感器的应用 3.4 电容式传感器电容式传感器现代测试技术一一.电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器的工作原理和结构电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置，实质上就是一个具有可变参数的电容器。由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 dSC式中:电容极板间介质的介电常数，=0r，其中0为真空介电常数，r极板间介质的相对介电常数；S两平行板所覆盖的面积；d两平行板之间的距离。现代测试技术电容式
2、传感元件的各种结构形式现代测试技术 当被测参数变化使S、d或发生变化时，电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。现代测试技术 分类示意图：分类示意图：c)c)介质变化型介质变化型b)b)面积变化型面积变化型:角位移型角位移型,平面线位移型平面线位移型,柱面线位移型柱面线位移型.+a)a)极距变化型极距变化型;+现代测试技术 1 变极距型电容传感器变极距型电容传感器 当传感器的r和S为常数，初始极距为d0时，可知其初始电容量C0为 000
3、dSCr 若电容器极板间距离由初始值d0缩小了d，电容量增大了C，则有 200000000111 ddddCddCddSCCCr现代测试技术变极距型电容式传感器 Ard现代测试技术若d/d0 Cx2，即d1=d0-d,d2=d0+d,则有 10UddUo现代测试技术同样，在变面积电容传感器中，则有 1USSUo 由此可见，差动脉宽调制电路适用于变极板距离以及变面积差动式电容传感器，并具有线性特性，且转换效率高，经过低通放大器就有较大的直流输出，调宽频率的变化对输出没有影响。现代测试技术三三.电容式传感器的应用电容式传感器的应用 1 电容式压力传感器电容式压力传感器 差动式电容压力传感器结构图
4、外壳p1p2金属镀层凹形玻璃膜片过滤器现代测试技术 2 电容式加速度传感器电容式加速度传感器 差动式电容加速度传感器结构图 621C1C25d1d2431固定电极；2绝缘垫；3质量块；4弹簧；5输出端；6壳体现代测试技术 3 差动式电容测厚传感器差动式电容测厚传感器 电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块面积相等，与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极，而带材就是电容的另一个极，其总电容为C1+C2，如果带材的厚度发生变化，将引起电容量的变化，用交流电桥将电容的变化测出来，经
5、过放大即可由电表指示测量结果。现代测试技术 差动式电容测厚传感器的测量原理框图如图4-19所示。音频信号发生器产生的音频信号，接入变压器T的原边线圈，变压器副边的两个线圈作为测量电桥的两臂，电桥的另外两桥 臂 由 标 准 电 容 C0和 带 材 与 极 板 形 成 的 被 测 电 容Cx(Cx=C1+C2)组成。电桥的输出电压经放大器放大后整流为直流，再经差动放大，即可用指示电表指示出带材厚度的变化。现代测试技术*交流电桥电路VZ1Z2Z3Z4V 将电容传感器接入电桥的一将电容传感器接入电桥的一个臂，不平衡电桥输出：个臂，不平衡电桥输出：3121242121234()ZZ ZZZZVVZZZZ
6、ZZ 为使桥路平衡，在四个桥臂上必须接入两个电容（一个单极电容传感器和一个固定电容，或接入差动电容传感器）。另外两个桥臂接入其他阻抗元件，如：两个电阻、两个电感或是两个电容。现代测试技术差动式电容测厚仪系统组成框图 音频信号发生器音频放大器全波整流器差动放大器C0C1C2RRCT现代测试技术加速度传感器在汽车中的应用加速度传感器在汽车中的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器据此判断发生了碰撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。装有传感器的假人气囊现代测试技术汽车气囊的保护作用汽车气囊的保护
7、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。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。现代测试技术汽车气囊对驾驶员的保护作用汽车气囊对驾驶员的保护作用现代测试技术利用加速度传感器实现利用加速度传感器实现 延时起爆延时起爆的钻地炸弹的钻地炸弹传感器安装位置传感器安装位置现代测试技术带带报警器的家庭使用型湿度计报警器的家庭使用型湿度计湿敏电容传感器的使用湿敏电容传感器的使用现代测试技术电容式油量表电容式油量表 机械式油量表：机械式油量表：在油箱内，装有类在油箱内，装有类似卫生间水箱里的浮球，似卫生间水箱里的浮球，通过杠杆带动电阻丝式通过杠杆带动电阻丝式圆盘电位器，由电流表圆盘电位器，由电流表指示出油量。指示出油量。现代测试技术 当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处。当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（x 处）。现代测试技术作 业 1.电阻式传感器有哪些？电阻应变式传感器的工作原理是什么？2.请简述自感式电感传感器的工作原理。3.计算变气隙型自感传感器的灵敏度。4.说明同心圆筒式电容传感器如何测量液位。现代测试技术本次课到此结束本次课到此结束
