傳感器5電容傳感器課件

1、2021-8-20傳感器5電容傳感器課件1 第五章第五章 電容傳感器電容傳感器 本章學(xué)習(xí)本章學(xué)習(xí)電容電容傳感器的原理及應(yīng)用，傳感器的原理及應(yīng)用， 還涉及壓力、液位及流量的測(cè)量方法。還涉及壓力、液位及流量的測(cè)量方法。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件2 第一節(jié)第一節(jié) 電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理 及結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)形式 上式中，哪幾個(gè)參量是變量？可以做成哪上式中，哪幾個(gè)參量是變量？可以做成哪 幾種類(lèi)型的電容傳感器？幾種類(lèi)型的電容傳感器？ 0 r AA C dd 電容傳感器的基本理想公式為電容傳感器的基本理想公式為 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件3 第一節(jié)第一節(jié) 電

2、容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理 及結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)形式 改變改變A A、d d、 三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，均可使三個(gè)參量中的任意一個(gè)量，均可使 平板電容的電容量平板電容的電容量C C 改變。改變。 固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成三種類(lèi)型三種類(lèi)型的電的電 容傳感器。容傳感器。 0 r AA C dd 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件4 一、變面積式電容傳感器一、變面積式電容傳感器 圖圖a是是平板形直線(xiàn)位移式結(jié)構(gòu)平板形直線(xiàn)位移式結(jié)構(gòu)，其中極板，其中極板1可以左右移動(dòng)，可以左右移動(dòng)， 稱(chēng)為動(dòng)極板。極板稱(chēng)為動(dòng)極板。極板2固定不動(dòng)，稱(chēng)為定極板。圖固定不動(dòng)，

3、稱(chēng)為定極板。圖b b是是同心圓筒形同心圓筒形 變面積式傳感器變面積式傳感器。外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直。外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直 線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。圖線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。圖c c是一個(gè)是一個(gè)角位移式的結(jié)構(gòu)角位移式的結(jié)構(gòu)。極板。極板2 2的軸由被測(cè)物體帶的軸由被測(cè)物體帶 動(dòng)而旋轉(zhuǎn)一個(gè)角位移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)一個(gè)角位移 度時(shí)，兩極板的遮蓋面積度時(shí)，兩極板的遮蓋面積A A 就減小，因就減小，因 而電容量也隨之減小。而電容量也隨之減小。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件5 變面積式電容傳感器的特性變面積式電容傳感器的特性 變面積式電容傳感器的輸出特性是變面積式電容傳感器的輸出特性是 線(xiàn)性的線(xiàn)性的，靈

4、敏度是常數(shù)。這一類(lèi)傳感器，靈敏度是常數(shù)。這一類(lèi)傳感器 多用于檢測(cè)直線(xiàn)位移、角位移、尺寸等多用于檢測(cè)直線(xiàn)位移、角位移、尺寸等 參量。參量。 請(qǐng)畫(huà)出變面積式電容傳感器的輸出請(qǐng)畫(huà)出變面積式電容傳感器的輸出 特性曲線(xiàn)！特性曲線(xiàn)！ 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件6 二、變極距式電容傳感器二、變極距式電容傳感器 當(dāng)動(dòng)極板受被測(cè)物體作用引起位移時(shí)，當(dāng)動(dòng)極板受被測(cè)物體作用引起位移時(shí)， 改變了兩極板之間的距離改變了兩極板之間的距離d d，從而使電容量，從而使電容量 發(fā)生變化。發(fā)生變化。 實(shí)際使用時(shí)，總是使實(shí)際使用時(shí)，總是使初始極距初始極距d0盡量盡量 小些小些，以，以提高靈敏度提高靈敏度，但這也帶來(lái)了

5、變極，但這也帶來(lái)了變極 距式電容器的距式電容器的行程較小的缺點(diǎn)行程較小的缺點(diǎn)。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件7 變極距式電容傳感器的特性曲線(xiàn)變極距式電容傳感器的特性曲線(xiàn) 從圖中可以看到，為了提高靈敏度，應(yīng)使當(dāng)從圖中可以看到，為了提高靈敏度，應(yīng)使當(dāng)d d0 0小小 些還是大些？當(dāng)變極距式電容傳感器的初始極距些還是大些？當(dāng)變極距式電容傳感器的初始極距d d0 0較較 小時(shí)，它的測(cè)量范圍變大還是變小？小時(shí)，它的測(cè)量范圍變大還是變小？ a） 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 b）電容量與極板距離的關(guān)系）電容量與極板距離的關(guān)系 1定極板定極板 2動(dòng)極板動(dòng)極板 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件8

6、三、變介電常數(shù)式三、變介電常數(shù)式 因?yàn)楦鞣N介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)不同，所以在電因?yàn)楦鞣N介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)不同，所以在電 容器兩極板間插入不同介質(zhì)時(shí)，電容器的電容量也容器兩極板間插入不同介質(zhì)時(shí)，電容器的電容量也 就不同。就不同。 幾種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)幾種介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù) 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件9 變介電常數(shù)式電容傳感器的用途變介電常數(shù)式電容傳感器的用途 根據(jù)上根據(jù)上表，分析表，分析不同介質(zhì)對(duì)變介電常不同介質(zhì)對(duì)變介電常 數(shù)電容器的影響。在電容器兩極板間數(shù)電容器的影響。在電容器兩極板間插入插入 干的紙和潮濕的紙干的紙和潮濕的紙時(shí)，哪一種情況下的時(shí)，哪一種情況下的電電 容量變大容量變

7、大？可用于測(cè)量什么非電量可用于測(cè)量什么非電量？ 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件10 第二節(jié)第二節(jié) 電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 （調(diào)頻電路調(diào)頻電路 ） 調(diào)頻電路將電容式傳感器作為調(diào)頻電路將電容式傳感器作為 LC LC 振蕩器諧振振蕩器諧振 回路的一部分，當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容回路的一部分，當(dāng)電容傳感器工作時(shí)，電容Cx 發(fā)發(fā) 生變化，就使振蕩器的頻率生變化，就使振蕩器的頻率 f 產(chǎn)生相應(yīng)的變化。產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 電容式傳感器的調(diào)頻電路與電渦流傳感器電容式傳感器的調(diào)頻電路與電渦流傳感器 有何區(qū)別？式中有何區(qū)別？式中哪些量是變量哪些量是變量？ 0 1 5-2 2

8、f L C 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件11 調(diào)頻（調(diào)頻（FM）電路）電路 TTL電平的高電平和低電平電平的高電平和低電平 電壓范圍分別是多少伏？電壓范圍分別是多少伏？ 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件12 第三節(jié)第三節(jié) 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用 電容器的容量受三個(gè)因素影響，即：電容器的容量受三個(gè)因素影響，即： 極距極距x、相對(duì)面積、相對(duì)面積A 和極間介電常數(shù)和極間介電常數(shù) 。固定。固定 其中兩個(gè)變其中兩個(gè)變 量，電容量量，電容量C 就是另一個(gè)變量就是另一個(gè)變量 的一元函數(shù)。只要想辦法的一元函數(shù)。只要想辦法將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換 成極距或者面積、介電常

9、數(shù)的變化成極距或者面積、介電常數(shù)的變化，就可以，就可以 通過(guò)測(cè)量電容量這個(gè)電參數(shù)來(lái)達(dá)到非電量電通過(guò)測(cè)量電容量這個(gè)電參數(shù)來(lái)達(dá)到非電量電 測(cè)的目的測(cè)的目的。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件13 一、電容式液位計(jì)一、電容式液位計(jì) 棒狀電極（金屬管）外棒狀電極（金屬管）外 面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng) 被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引 起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間 的電容變大。的電容變大。 圖圖5 56b6b 聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件14 電容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器 液位限位傳

10、感器與液液位限位傳感器與液 位變送器的區(qū)別在于：它位變送器的區(qū)別在于：它 不給出模擬量，而是給出不給出模擬量，而是給出 開(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定開(kāi)關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定 值時(shí)，它輸出低電平。但值時(shí)，它輸出低電平。但 也可以選擇輸出為高電平也可以選擇輸出為高電平 的型號(hào)。的型號(hào)。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件15 液位限位傳感器液位限位傳感器 的設(shè)定的設(shè)定 智能化液位傳感器的設(shè)智能化液位傳感器的設(shè) 定方法十分簡(jiǎn)單：定方法十分簡(jiǎn)單： 用手指壓住設(shè)定按鈕，用手指壓住設(shè)定按鈕， 當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開(kāi)當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開(kāi) 按鈕，智能儀器就記住該設(shè)按鈕，智能儀器就記住該設(shè) 定。正常使用時(shí)，

11、當(dāng)水位高定。正常使用時(shí)，當(dāng)水位高 于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信 號(hào)和控制信號(hào)。號(hào)和控制信號(hào)。 設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件16 智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕 超限燈超限燈 正常工作正常工作 指示燈指示燈 設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕 電源電源 指示燈指示燈 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件17 二、硅微加工加速度傳感器二、硅微加工加速度傳感器 圖示加速度傳感器以微細(xì)圖示加速度傳感器以微細(xì) 加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測(cè)量交加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測(cè)量交 變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量 慣性力或重力加速度。其

12、工作慣性力或重力加速度。其工作 電壓為電壓為2.72.75.25V5.25V，加速度測(cè)，加速度測(cè) 量范圍為數(shù)個(gè)量范圍為數(shù)個(gè)g g，可輸出與加，可輸出與加 速度成正比的電壓也可輸出占速度成正比的電壓也可輸出占 空比正比于加速度的空比正比于加速度的PWM 脈脈 沖。沖。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件18 微加工三軸加速度傳感器微加工三軸加速度傳感器 技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)： 靈敏度：靈敏度：500mV/g ， 量程：量程：10g， 頻率范圍：頻率范圍：0.5-2000Hz， 安裝諧振點(diǎn)安裝諧振點(diǎn):8kHz ， 分辨力：分辨力：0.00004g ， 重量：重量：200g ， 安裝螺紋：安裝螺

13、紋：M5 mm ， 線(xiàn)性誤差：線(xiàn)性誤差：1% 1% 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件19 硅微加工加速度傳感器原理硅微加工加速度傳感器原理 1 1加速度測(cè)試單元加速度測(cè)試單元 2 2信號(hào)處理電路信號(hào)處理電路 3 3襯底襯底 4 4底層多晶硅底層多晶硅 （下電極）（下電極） 5 5多晶硅懸臂梁多晶硅懸臂梁 6 6頂層多晶硅頂層多晶硅 （上電極）（上電極） 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件20 利用微電子加工技術(shù)，可以將一塊多晶硅加工成利用微電子加工技術(shù)，可以將一塊多晶硅加工成 多層結(jié)多層結(jié) 構(gòu)，制造出構(gòu)，制造出三層多晶硅極板三層多晶硅極板，組成差動(dòng)電容，組成差動(dòng)電容C C1 1、

14、 C C2 2。底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動(dòng)。底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動(dòng)。中間層多晶硅中間層多晶硅 是一個(gè)可以上下微動(dòng)的振動(dòng)片是一個(gè)可以上下微動(dòng)的振動(dòng)片。其左端固定在襯底上，。其左端固定在襯底上， 所以所以相當(dāng)于懸臂梁相當(dāng)于懸臂梁。 當(dāng)它感受到當(dāng)它感受到上下振動(dòng)時(shí)，上下振動(dòng)時(shí)，C C1 1、C C2 2呈差動(dòng)變化呈差動(dòng)變化。與加。與加 速度測(cè)試單元封裝在同一殼體中的信號(hào)處理電路將速度測(cè)試單元封裝在同一殼體中的信號(hào)處理電路將C C 轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)。 由于硅的彈性滯后很小，且由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕

15、懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以，所以頻頻 率響應(yīng)可達(dá)率響應(yīng)可達(dá)1kHz1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá)以上，允許加速度范圍可達(dá)50g 50g 以上以上。 如果在殼體內(nèi)的三個(gè)相互垂直方向安裝三個(gè)加速如果在殼體內(nèi)的三個(gè)相互垂直方向安裝三個(gè)加速 度傳感器，就可以測(cè)量三維方向的振動(dòng)或加速度。度傳感器，就可以測(cè)量三維方向的振動(dòng)或加速度。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件21 加速度傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用加速度傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用 當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)， 微微 處理器處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰據(jù)此判斷發(fā)生了碰 撞，于是就啟動(dòng)轎撞，于是就啟動(dòng)轎 車(chē)前部的折疊式安全氣囊迅速

16、充氣而膨脹，托車(chē)前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托 住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 裝有傳感裝有傳感 器的假人器的假人 氣囊氣囊 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件22 汽車(chē)氣囊的保護(hù)作用汽車(chē)氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車(chē)發(fā)生碰使用加速度傳感器可以在汽車(chē)發(fā)生碰 撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件23 汽車(chē)氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用汽車(chē)氣囊對(duì)駕駛員的保護(hù)作用 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件24 利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn) 延時(shí)起爆的鉆地炸彈延時(shí)起爆的

17、鉆地炸彈 傳感器安裝位置傳感器安裝位置 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件25 三、濕敏電容三、濕敏電容 利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容 傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。 當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的 水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù) 大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為8080），所以電），所以電 容量增大。容量增大。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件26 濕敏電容濕敏電

18、容外形外形 吸水高分子薄膜吸水高分子薄膜 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件27 濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容模塊及傳感器外形 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件28 濕敏電容傳感器的安裝使用濕敏電容傳感器的安裝使用 在野外的使用在野外的使用 帶報(bào)警器的家庭使用型帶報(bào)警器的家庭使用型 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件29 多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件30 四、電容式油量表四、電容式油量表 機(jī)械式油量表：機(jī)械式油量表： 在油箱內(nèi)，裝在油箱內(nèi)，裝 有類(lèi)似衛(wèi)生間水箱有類(lèi)似衛(wèi)生間水箱 里的浮球，通過(guò)杠里的

19、浮球，通過(guò)杠 桿帶動(dòng)電阻絲式圓桿帶動(dòng)電阻絲式圓 盤(pán)電位器，由電流盤(pán)電位器，由電流 表指示出油量。表指示出油量。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件31 電容式油量表電容式油量表 當(dāng)油箱中注滿(mǎn)油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為當(dāng)油箱中注滿(mǎn)油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為 m處。處。 當(dāng)油箱中的油位降低時(shí)，電容傳感器的電容量當(dāng)油箱中的油位降低時(shí)，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失減小，電橋失 去平衡，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減?。テ胶?，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減?。?時(shí)帶動(dòng)時(shí)帶動(dòng)RP的滑動(dòng)臂移動(dòng)。當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)臂移動(dòng)。當(dāng)RP阻值達(dá)到一定值時(shí)，電橋又達(dá)阻值達(dá)到一定值時(shí)

20、，電橋又達(dá) 到新的平衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（到新的平衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（ x 處）。處）。 該油量該油量 表屬于開(kāi)環(huán)表屬于開(kāi)環(huán) 系統(tǒng)還是閉系統(tǒng)還是閉 環(huán)系統(tǒng)？環(huán)系統(tǒng)？ 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件32 上頁(yè)所示的油量表在傾斜狀態(tài)時(shí)可上頁(yè)所示的油量表在傾斜狀態(tài)時(shí)可 以使用嗎？為什么？以使用嗎？為什么？ 該油量該油量 表可用于表可用于 飛機(jī)油箱飛機(jī)油箱 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件33 五、電容式接近開(kāi)關(guān)五、電容式接近開(kāi)關(guān) 被檢測(cè)物體可以是被檢測(cè)物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗 較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、較大的

21、絕緣體、含水的物體（例如飼料、 人體等人體等） ；可以是接地的，也可以是不接可以是接地的，也可以是不接 地的地的。 調(diào)節(jié)接近開(kāi)關(guān)尾部的調(diào)節(jié)接近開(kāi)關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電靈敏度調(diào)節(jié)電 位器位器，可以根據(jù)被測(cè)物不同來(lái)，可以根據(jù)被測(cè)物不同來(lái)改變動(dòng)作距改變動(dòng)作距 離離。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件34 電容式接近開(kāi)關(guān)外形電容式接近開(kāi)關(guān)外形 齊平式齊平式非齊平式非齊平式 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件35 非齊平式非齊平式接近開(kāi)關(guān)的安裝接近開(kāi)關(guān)的安裝 非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安 裝支架，易損壞。裝支架，易損壞。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件3

22、6 全密封防水式全密封防水式 遠(yuǎn)距離式（大量程）遠(yuǎn)距離式（大量程） 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件37 電容接近開(kāi)關(guān)的規(guī)格電容接近開(kāi)關(guān)的規(guī)格 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件38 電容式接近開(kāi)關(guān)在液位測(cè)量控制中的使用電容式接近開(kāi)關(guān)在液位測(cè)量控制中的使用 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件39 電容式接近開(kāi)關(guān)電容式接近開(kāi)關(guān) 在在 液位物位測(cè)量液位物位測(cè)量 控制中的使用控制中的使用 對(duì)應(yīng)的 光柱顯示 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件40 電容式接近開(kāi)關(guān)在物位測(cè)量控制中的使用電容式接近開(kāi)關(guān)在物位測(cè)量控制中的使用 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件41 電容式接近

23、開(kāi)關(guān)在物位測(cè)量控制中的電容式接近開(kāi)關(guān)在物位測(cè)量控制中的 使用演示使用演示 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件42 不同材料的非金屬檢測(cè)物對(duì)電容式接不同材料的非金屬檢測(cè)物對(duì)電容式接 近開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的影響近開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的影響 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件43 第四節(jié)第四節(jié) 壓力和流量的測(cè)量壓力和流量的測(cè)量 一、壓力的基本概念一、壓力的基本概念 壓力的國(guó)際單位為壓力的國(guó)際單位為“帕斯卡帕斯卡”，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng) “帕帕”（Pa）。）。 除此之外，工程界長(zhǎng)期使用許多不同的除此之外，工程界長(zhǎng)期使用許多不同的 壓力計(jì)量單位。如壓力計(jì)量單位。如“工程大氣壓工程大氣壓”、“標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓大氣壓”

24、、“毫米汞柱毫米汞柱”，氣象學(xué)中還用，氣象學(xué)中還用 “巴巴”（bar）和）和“托托”為壓力單位。這些為壓力單位。這些 單位在一些進(jìn)口儀表說(shuō)明書(shū)上可能還會(huì)見(jiàn)到。單位在一些進(jìn)口儀表說(shuō)明書(shū)上可能還會(huì)見(jiàn)到。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件44 壓力單位轉(zhuǎn)換對(duì)照表壓力單位轉(zhuǎn)換對(duì)照表 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件45 二、電容式差壓變送器二、電容式差壓變送器 高壓側(cè)高壓側(cè) 進(jìn)氣口進(jìn)氣口 低壓側(cè)低壓側(cè) 進(jìn)氣口進(jìn)氣口 電子電子 線(xiàn)路線(xiàn)路 位置位置 內(nèi)部不銹鋼膜片的位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件46 電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1

25、1高壓側(cè)進(jìn)氣口高壓側(cè)進(jìn)氣口 2 2低壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口 3 3過(guò)濾片過(guò)濾片 4 4空腔空腔 5 5柔性不銹鋼波柔性不銹鋼波 紋隔離膜片紋隔離膜片 6 6導(dǎo)壓硅油導(dǎo)壓硅油 7 7 凹形玻璃圓片凹形玻璃圓片 8 8鍍金凹形電極鍍金凹形電極 9 9彈性平膜片彈性平膜片 1010 腔腔 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件47 各種電容式差各種電容式差 壓變送器外形壓變送器外形 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件48 各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） （參考（參考丹東長(zhǎng)丹東長(zhǎng) 隆隆 自控有限公自控有限公 司司 資料）資料） 法蘭法蘭 2021-8-20傳感器5

26、電容傳感器課件49 各種電容式壓力變送器外形（續(xù)）各種電容式壓力變送器外形（續(xù)） 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件50 三、利用電容差壓變送器三、利用電容差壓變送器 測(cè)量液體的液位測(cè)量液體的液位 差壓變送器差壓變送器 施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)施加在高壓側(cè)腔體內(nèi) 的壓力與液位成正比：的壓力與液位成正比： p = g h 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件51 電容差壓變送器用于測(cè)量電容差壓變送器用于測(cè)量 液體的液位液體的液位 投入式水位計(jì)投入式水位計(jì) 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件52 四、流量的基本概念四、流量的基本概念 體積流量體積流量qV=Av，單位為，單位為m3/h或或

27、L/s； 質(zhì)量流量質(zhì)量流量qm= Av，單位為，單位為t /h或或kg/s。 例：設(shè)測(cè)得流速例：設(shè)測(cè)得流速v =10m/s ，圓管道，圓管道 的直徑的直徑r =1m，則截面積，則截面積A=0.79m2 ， 流量流量qV V= 7.9m3 /s 。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件53 五、節(jié)流式流量計(jì)及電容差壓變送器在五、節(jié)流式流量計(jì)及電容差壓變送器在 流量測(cè)量中的應(yīng)用流量測(cè)量中的應(yīng)用 測(cè)量流量的方法很多，有測(cè)量流量的方法很多，有流速法流速法、容積法、容積法、 質(zhì)量法、水槽法等。流速法中，又有質(zhì)量法、水槽法等。流速法中，又有葉輪式、渦葉輪式、渦 輪式、卡門(mén)渦流式（又稱(chēng)渦街式）、熱線(xiàn)式、

28、多輪式、卡門(mén)渦流式（又稱(chēng)渦街式）、熱線(xiàn)式、多 普勒式、超聲式、電磁式、差壓節(jié)流式普勒式、超聲式、電磁式、差壓節(jié)流式等。按照等。按照 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制造的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制造的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流量系數(shù)計(jì)算公的流量系數(shù)計(jì)算公 式是相當(dāng)完備的，所以它是一種可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化式是相當(dāng)完備的，所以它是一種可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化 較高的流量傳感器，所以在工業(yè)中大量使用差壓較高的流量傳感器，所以在工業(yè)中大量使用差壓 式流量計(jì)。式流量計(jì)。 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件54 葉輪式風(fēng)葉輪式風(fēng) 流速、流量計(jì)流速、流量計(jì) （參考北京北方大河儀器儀表（參考北京北方大河儀器儀表 有限公司資料）有限公司資料） 2021-8-

29、20傳感器5電容傳感器課件55 玻璃轉(zhuǎn)子玻璃轉(zhuǎn)子 流量計(jì)流量計(jì) 流體入口流體入口 流體出口流體出口 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 2021-8-20傳感器5電容傳感器課件56 差壓節(jié)流式流量計(jì)差壓節(jié)流式流量計(jì) 所謂所謂節(jié)流裝置，就是在管道中段設(shè)置一個(gè)節(jié)流裝置，就是在管道中段設(shè)置一個(gè) 流通面積比管道狹窄的孔板流通面積比管道狹窄的孔板或者文丘里噴嘴，或者文丘里噴嘴， 使流體經(jīng)過(guò)該節(jié)流裝置時(shí)，流束局部收縮，流使流體經(jīng)過(guò)該節(jié)流裝置時(shí)，流束局部收縮，流 速提高，壓強(qiáng)減小。速提高，壓強(qiáng)減小。 節(jié)流式流量計(jì)的缺點(diǎn)是流體通過(guò)節(jié)流裝置節(jié)流式流量計(jì)的缺點(diǎn)是流體通過(guò)節(jié)流裝置 后，會(huì)產(chǎn)生不可逆的壓力損失。另外，當(dāng)流體后，會(huì)產(chǎn)生不可逆的壓力損失。另外，當(dāng)流體 的溫度的溫度t 、壓力、壓力p1變化時(shí)，流體的密度將隨之改變化時(shí)，流體的密度將隨之改 變。所以必須進(jìn)行變。所以必須進(jìn)行溫度、壓力溫度、壓力修正。修正。 2021-8-20傳感器5電容傳