測試技術(shù)基礎(chǔ)課件北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院第05章 電容式傳感器

1、北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制測試技術(shù)基礎(chǔ)測試技術(shù)基礎(chǔ)測試技術(shù)基礎(chǔ)測試技術(shù)基礎(chǔ)北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制第五章第五章 電容式傳感器電容式傳感器 電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型（極距極距、面積面積、介質(zhì)介質(zhì)） 電容式傳感器的性能特點(diǎn)電容式傳感器的性能特點(diǎn) 電容式傳感器的等效和測量電路電容式傳感器的等效和測量電路 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用 容柵式傳感器容柵式傳感器本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：測試技術(shù)基礎(chǔ)測試技術(shù)基礎(chǔ)北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)

2、院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制變換原理：將被測非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化變換原理：將被測非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化兩平行極板組成的電容器兩平行極板組成的電容器, ,它的電容量為它的電容量為: :AArC0+ A 、A或或發(fā)生變化時(shí)，都會發(fā)生變化時(shí)，都會引起電容的變化。引起電容的變化。變極距型變極距型變面積型變面積型變介質(zhì)型變介質(zhì)型傳感器類型傳感器類型5.1 電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制一、間隙變化型一、間隙變化型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型

3、北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 CCC0011/ CC 02311/CC0(/) 0.9mmm01051101.一、間隙變化型一、間隙變化型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制CC2102412ccc 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、減小非線性誤差、減小非線性誤差2、提高傳感器靈敏度、提高傳感器靈敏度3、減小寄生電容的影響、減小寄生電容的影響4、減小溫度、濕度等環(huán)境、減小溫度、濕度等環(huán)境因素的影響因素的影響實(shí)際應(yīng)用常采用差動式結(jié)構(gòu)。實(shí)際應(yīng)用常采用差動式結(jié)構(gòu)。C2C1

4、d1d200一、間隙變化型一、間隙變化型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制一、間隙變化型一、間隙變化型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制駐極體電容傳聲器駐極體電容傳聲器它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)是電容傳聲器極板

5、，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。體積小、性能優(yōu)越、使用方便。 一、間隙變化型一、間隙變化型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制指紋識別指紋識別 指紋識別目前最常用的是電容式傳感器，也被稱為指紋識別目前最常用的是電容式傳感器，也被稱為第二代指紋識別系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、成本低，第二代指紋識別系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、成本低，成像精度高，而且耗電量很成像精度高，而且耗電量很小，因此非常適合在消費(fèi)小，因此非常適合在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中使用。類電子產(chǎn)品中使用。 右圖為指紋經(jīng)過處理后的

6、右圖為指紋經(jīng)過處理后的成像圖：成像圖：一、間隙變化型一、間隙變化型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 指紋識別所需電容傳感器包含一個(gè)大約有數(shù)萬個(gè)金屬指紋識別所需電容傳感器包含一個(gè)大約有數(shù)萬個(gè)金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當(dāng)用戶的手指放導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列/ /絕緣物絕緣物/ /皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）

7、與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。指紋識別指紋識別一、間隙變化型一、間隙變化型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制二、變面積型二、變面積型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制陶瓷電容壓力傳感器陶瓷電容壓力傳感器 液體壓力液體壓力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片產(chǎn)生膜片產(chǎn)生 位移。位移。 壓力變送器壓力變送器二、變面積型二、變面積型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)

8、類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(a) 極板上覆蓋有介質(zhì)極板上覆蓋有介質(zhì)(b) 介質(zhì)可移動介質(zhì)可移動三、變介質(zhì)型三、變介質(zhì)型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制產(chǎn)品產(chǎn)品. .電容式液位傳感器（液位計(jì)電容式液位傳感器（液位計(jì)/ /料位計(jì)）料位計(jì)）三、變介質(zhì)型三、變介質(zhì)型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)振

9、蕩電路振蕩電路被測物體被測物體 感應(yīng)電極感應(yīng)電極被測電容被測電容 測量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物測量頭構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，另一個(gè)極板是物體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的體本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化隨之發(fā)生變化. .接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。三、變介質(zhì)型三、變介質(zhì)型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京

10、工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制三、變介質(zhì)型三、變介質(zhì)型5.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 1. 1. 溫度穩(wěn)定性好；溫度穩(wěn)定性好； 2. 2. 結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)； 3. 3. 動態(tài)響應(yīng)好；動態(tài)響應(yīng)好； 4. 4. 可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)?？梢詫?shí)現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、輸出阻抗高、負(fù)載能力差；、輸出阻抗高、負(fù)載能力差；2 2、寄生電容影響大；寄生電容影響大； 3 3、輸出特性非線性。、輸出特性非線性。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :5.

11、3 電容式傳感器的性能特點(diǎn)電容式傳感器的性能特點(diǎn)北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制消除寄生電容方法消除寄生電容方法1、減小連線電纜長度、減小連線電纜長度;2、采用等電位驅(qū)動技術(shù)。、采用等電位驅(qū)動技術(shù)。5.3 電容式傳感器的性能特點(diǎn)電容式傳感器的性能特點(diǎn)北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(1) 電容式傳感器等效電路電容式傳感器等效電路L 包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；r 由引線電阻、極板電阻和金屬支架電阻組成；由引線電阻、極板電阻和金屬支架電阻組成；C

12、0為傳感器本身的電容；為傳感器本身的電容；Cp為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生為引線電纜、所接測量電路及極板與外界所形成的總寄生電容；電容；Rg是極間等效漏電阻，包括：極板間的漏電損耗和介質(zhì)損耗、是極間等效漏電阻，包括：極板間的漏電損耗和介質(zhì)損耗、極板與外界間的漏電損耗和介質(zhì)損耗。極板與外界間的漏電損耗和介質(zhì)損耗。rC0CPRgL5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制低頻等效電路低頻等效電路 傳感器電容的阻抗非常大，傳感器電容的阻抗非常大，L和和r的影響可忽略的影響可忽略等效電容等效

13、電容Ce=C0+Cp，等效電阻等效電阻ReRg CeRg5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制高頻等效電路高頻等效電路 電容的阻抗變小，電容的阻抗變小，L和和r的影響不可忽略，漏電的影響不可忽略，漏電的影響可忽略的影響可忽略 ，其中，其中Ce=C0+Cp，而，而rer reCeLRCjLjCje115.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制調(diào)頻電路調(diào)頻電路運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器式電路二極管雙二極管雙T型交流電

14、橋型交流電橋電橋測量電路電橋測量電路脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路測量電路類型測量電路類型(2) 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路 電容式傳感器中電容值以及電容變化值都非常小，電容式傳感器中電容值以及電容變化值都非常小，這樣微小的電容量還不能直接為目前的顯示儀表所顯示，這樣微小的電容量還不能直接為目前的顯示儀表所顯示，也很難為記錄儀所接受，不便于傳輸。因此必須借助于也很難為記錄儀所接受，不便于傳輸。因此必須借助于測量電路檢出這一微小電容增量，并將其轉(zhuǎn)換成與其成測量電路檢出這一微小電容增量，并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。5.4

15、 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制調(diào)頻測量電路調(diào)頻測量電路5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制ixxuCCuCjCju1)(10SCuui 0結(jié)論：從原理上保證了變極距型電容式傳感器的線性結(jié)論：從原理上保證了變極距型電容式傳感器的線性 假設(shè)放大器開環(huán)放大倍數(shù)假設(shè)放大器開環(huán)放大倍數(shù)A= ，輸入阻抗，輸入阻抗Zi= 仍然存在一定的非線性誤差，但一般仍然存在一定的非線性誤差，但一般A和和Zi足足 夠大，所以這種誤差

16、很小。夠大，所以這種誤差很小。 運(yùn)算放大電路運(yùn)算放大電路5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制線路簡單，可全部放在探頭內(nèi)，大大縮短了電容引線、減小了分布線路簡單，可全部放在探頭內(nèi)，大大縮短了電容引線、減小了分布電容的影響；電容的影響；電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定；電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定；輸出阻抗為輸出阻抗為R，與電容無關(guān)，克服了電容式傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn)；，與電容無關(guān)，克服了電容式傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn)；適用于具有線性特性的單組式和差動式電容式傳感器適用于具有線性特

17、性的單組式和差動式電容式傳感器 。 C2(b)RRRLC2C1VD1VD2iC1iC2+UE(a)C1C1C2UERLRLRRRR+iC1iC2iC1iC221E0CCMfUU二極管雙二極管雙T型電路型電路5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電橋電路電橋電路文氏式電容測量電橋文氏式電容測量電橋5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制變壓器式電橋電路變壓器式電橋電路(a) 變壓器式電橋原理圖變壓器式電橋原理圖(

18、b) 測量電路測量電路電橋電路電橋電路5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 差動脈沖調(diào)寬電路差動脈沖調(diào)寬電路 利用對傳感器利用對傳感器電容的充放電使電電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變隨傳感器電容量變化而變化。化而變化。脈沖寬度調(diào)制電路圖脈沖寬度調(diào)制電路電壓波形5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制設(shè)電容設(shè)電容C1和和C2的極間距離和面積分別為的極間距離和面積分別為1、2和和S

19、1、S2 差動變極距型差動變極距型差動變面積型差動變面積型 11212ABUU11221ABUSSSSU特性：差動脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動式電容式傳感器特性：差動脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動式電容式傳感器 具有理論上的線性特性具有理論上的線性特性 采用直流電源，其電壓穩(wěn)定度高采用直流電源，其電壓穩(wěn)定度高; ;不存在穩(wěn)頻、波形純度的要求不存在穩(wěn)頻、波形純度的要求; ; 不需要相敏檢波與解調(diào)等不需要相敏檢波與解調(diào)等; ; 對元件無線性要求對元件無線性要求; ; 經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓; ;對輸出矩形波的純度要求不高。對輸出矩形波的純度要求不高。 差動脈

20、沖調(diào)寬電路差動脈沖調(diào)寬電路5.4 電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制1、電容式液位計(jì)、電容式液位計(jì) 棒狀電極（金屬管）外面棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測液體的液面上升時(shí)，引起棒狀液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變電極與導(dǎo)電液體之間的電容變化?；?。 聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器 液位限

21、位傳感器與液位變送器液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而是給出開關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值是給出開關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，它輸出低電平。但也可以選擇時(shí)，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號。輸出為高電平的型號。5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制液位限位傳感器的設(shè)定液位限位傳感器的設(shè)定 智能化液位傳感器的設(shè)定智能化液位傳感器的設(shè)定方法十分簡單：方法十分簡單： 用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開按液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開按鈕

22、，智能儀器就記住該設(shè)定。鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時(shí)，當(dāng)水位高于該正常使用時(shí)，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信號和點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信號和控制信號?？刂菩盘?。設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制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指示燈正常工作指示燈設(shè)定按鈕設(shè)定按鈕電源指示燈電源指示燈5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制2、硅微加工加速度傳感器、硅微加工

23、加速度傳感器加速度傳感器以微細(xì)加加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測量交工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測量交變加速度（振動），也可測變加速度（振動），也可測量慣性力或重力加速度。其量慣性力或重力加速度。其工作電壓為工作電壓為2.75.25V，加速，加速度測量范圍為數(shù)個(gè)度測量范圍為數(shù)個(gè)g，可輸出，可輸出與加速度成正比的電壓也可與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的輸出占空比正比于加速度的PWM 脈沖。脈沖。5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制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)：

24、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：安裝螺紋：M5 mm 線性誤差：線性誤差：1% 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制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加速度測試單元加速度測試單元 2信號處理電路信號處理電路3襯底襯底 4底層多晶硅（下電極）底層多晶硅（下電極） 5多晶硅懸臂梁多晶硅懸臂梁 6頂層多晶硅（上電極）頂層多晶硅（上電極）

25、5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 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)構(gòu)。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)構(gòu)。在硅襯底上，制造出三個(gè)多晶硅電極，組成差動電容在硅襯底上，制造出三個(gè)多晶硅電極，組成差動電容C1、C2。圖。圖中的底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動。中間層多晶硅是一個(gè)可中的底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動。中間層多晶硅是一個(gè)可以上下微動的振動片。其左端固定在襯底上，所以相當(dāng)于懸臂梁。以上下微動的振動片。其左端固定在襯底上，所以相當(dāng)于懸臂梁。 當(dāng)它感受到上下振動時(shí)，當(dāng)它感受

26、到上下振動時(shí)，C1、C2呈差動變化。與加速度測試呈差動變化。與加速度測試單元封裝在同一殼體中的信號處理電路將單元封裝在同一殼體中的信號處理電路將C 轉(zhuǎn)換成直流輸出電轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)，所以集成度很高。由于硅的壓。它的激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)，所以集成度很高。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá)彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá)1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá)以上，允許加速度范圍可達(dá)10g 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)加速度傳感器，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，就可以測量三維方向的振動或

27、加速度。就可以測量三維方向的振動或加速度。5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)，得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)， 微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住于是就啟動轎車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。駕駛員及前排乘員的胸部和頭部

28、。 裝有傳感器裝有傳感器的假的假人人氣囊氣囊5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制汽車氣囊的保護(hù)作用汽車氣囊的保護(hù)作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣。氣囊迅速充氣。 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制汽車氣囊對駕駛員的保護(hù)作用汽車氣囊對駕駛員的保護(hù)作用5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥

29、永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制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)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置傳感器安裝位置5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 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)相對濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的當(dāng)相對濕度增大時(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)相對介電常數(shù)水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對介電常數(shù)大為增加（水的相對介

30、電常數(shù)為大為增加（水的相對介電常數(shù)為8080），所以電），所以電容量增大。容量增大。 3、濕敏電容、濕敏電容5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制吸水高分子薄膜吸水高分子薄膜3、濕敏電容外形、濕敏電容外形5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制3、濕敏電容模塊及傳感器、濕敏電容模塊及傳感器5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制在野外的使用在野

31、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3、濕敏電容傳感器的安裝使用、濕敏電容傳感器的安裝使用5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制3、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 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制4、電容式油量表、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)，裝有類在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生間水箱里的浮球，似衛(wèi)生間水箱里的浮球，通過杠桿帶動電阻絲式通過杠桿帶動電阻絲式圓盤

32、電位器，由電流表圓盤電位器，由電流表指示出油量。指示出油量。5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為當(dāng)油箱中注滿油時(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，伺服電動機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減小），同去平衡，伺服電動機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減?。?，同時(shí)帶動時(shí)帶動RP的滑動臂移動。當(dāng)?shù)幕瑒颖垡苿?。?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)，電

33、橋又達(dá)到新的平衡狀態(tài)，伺服電動機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（到新的平衡狀態(tài)，伺服電動機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（ x 處）。處）。4、電容式油量表、電容式油量表 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制油量表可用于飛機(jī)油箱油量表可用于飛機(jī)油箱4 4、電容式油量表、電容式油量表 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制被檢測物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗較大的被檢測物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體等）；

34、可絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體等）；可以是接地的，也可以是不接地的。調(diào)節(jié)接近開關(guān)以是接地的，也可以是不接地的。調(diào)節(jié)接近開關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測物不同尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測物不同來改變動作距離。來改變動作距離。 5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制齊平式齊平式非齊平式非齊平式5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛

35、制非齊平式接近開關(guān)的安裝非齊平式接近開關(guān)的安裝非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安裝支架，易損壞。非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安裝支架，易損壞。5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制全密封防水全密封防水式式遠(yuǎn)距離式（大量程）遠(yuǎn)距離式（大量程）5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電容接近開關(guān)的規(guī)格電容接近開關(guān)的規(guī)格5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5

36、.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電容式接近開關(guān)在液位測量控制中的使用電容式接近開關(guān)在液位測量控制中的使用5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制 電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)在液位物位測量控在液位物位測量控制中的使用制中的使用5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永

37、剛制電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用演示電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用演示5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制不同材料的非金屬檢測物對電容式接近開關(guān)不同材料的非金屬檢測物對電容式接近開關(guān)動作距離的影響動作距離的影響5 5、電容式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān) 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制高壓側(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)氣口電子線電子線路位置路位置內(nèi)部不銹鋼膜

38、片的位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置6 6、電容式壓差變送器、電容式壓差變送器 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制1高壓側(cè)進(jìn)氣口高壓側(cè)進(jìn)氣口2低壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口3過濾片過濾片4空腔空腔5柔性不銹鋼波紋隔離膜片柔性不銹鋼波紋隔離膜片6導(dǎo)壓硅油導(dǎo)壓硅油7 凹形玻璃圓片凹形玻璃圓片8鍍金凹形電極鍍金凹形電極9彈性平膜片彈性平膜片10 腔腔6 6、電容式壓差變送器、電容式壓差變送器 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制6 6、各

39、種電容式壓力變送器外形、各種電容式壓力變送器外形5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制法蘭法蘭6 6、各種電容式壓力變送器外形、各種電容式壓力變送器外形5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制6 6、各種電容式壓力變送器外形、各種電容式壓力變送器外形5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制利用電容差壓變送器測量液體的液位利用電容差壓變送器測量液

40、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)的施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：壓力與液位成正比： p = g h5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制電容差壓變送器用于測量電容差壓變送器用于測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)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制7、節(jié)流式流量計(jì)及電容差壓變送器在流量測量中的應(yīng)用、節(jié)流式流量計(jì)及電容差壓變送器在流量測量中的應(yīng)用 測量流量的方法很多，有流速法、容積法、質(zhì)

41、量測量流量的方法很多，有流速法、容積法、質(zhì)量法、水槽法等。流速法中，又有葉輪式、渦輪式、卡法、水槽法等。流速法中，又有葉輪式、渦輪式、卡門渦流式（又稱渦街式）、熱線式、多普勒式、超聲門渦流式（又稱渦街式）、熱線式、多普勒式、超聲式、電磁式、差壓節(jié)流式等。按照國家標(biāo)準(zhǔn)制造的標(biāo)式、電磁式、差壓節(jié)流式等。按照國家標(biāo)準(zhǔn)制造的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的流量系數(shù)計(jì)算公式是相當(dāng)完備的，所以準(zhǔn)節(jié)流裝置的流量系數(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)化較高的流量傳感器，所以在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)中大量使用差壓式流量計(jì)。工業(yè)中大量使用差壓式流量計(jì)。 體積流量體積流量qV=Av，單位為，單

42、位為m3/h或或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。 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì) 所謂節(jié)流裝置，就是在管道中段設(shè)置一個(gè)流通面所謂節(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或者文丘里噴嘴，使流體經(jīng)過該積比管道狹窄的孔板或者文丘里噴嘴，使流體經(jīng)過該節(jié)流裝置時(shí)，流束局部收縮，流速提高，壓強(qiáng)減小。節(jié)流裝置時(shí)，流束局部收縮，流速提高，壓強(qiáng)減小。 節(jié)流式流量計(jì)的缺點(diǎn)是流體通過節(jié)流裝置后，會節(jié)流式流量計(jì)的缺點(diǎn)是流體通過節(jié)流裝

43、置后，會產(chǎn)生不可逆的壓力損失。另外，當(dāng)流體的溫度產(chǎn)生不可逆的壓力損失。另外，當(dāng)流體的溫度t 、壓力、壓力p1變化時(shí)，流體的密度將隨之改變。所以必須進(jìn)行溫變化時(shí)，流體的密度將隨之改變。所以必須進(jìn)行溫度、壓力修正。度、壓力修正。 5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制葉輪式風(fēng)流速、葉輪式風(fēng)流速、流量計(jì)流量計(jì)7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)流流 體體 入入 口

44、口流流 體體 出出 口口轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制節(jié)流裝置（取壓管及內(nèi)部節(jié)流裝置（取壓管及內(nèi)部的節(jié)流孔板）的節(jié)流孔板）節(jié)流孔板節(jié)流孔板后取壓管后取壓管 前取壓管前取壓管 流體通過節(jié)流體通過節(jié)流孔板時(shí)，流速流孔板時(shí)，流速加快，后取壓管加快，后取壓管處的壓力減小。處的壓力減小。7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制節(jié)流裝置外形節(jié)流裝置

45、外形節(jié)流孔板節(jié)流孔板后取壓管后取壓管 7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制流體流經(jīng)節(jié)流孔板時(shí)，壓力和流速的變化情況流體流經(jīng)節(jié)流孔板時(shí)，壓力和流速的變化情況節(jié)流孔板節(jié)流孔板流速變快流速變快壓力變小壓力變小 7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制節(jié)流裝置的另一種形式節(jié)流裝置的另一種形式 文丘里管或文丘里噴嘴文丘里管或文丘里噴嘴 文丘里噴嘴的壓力損失較小

46、。文丘里噴嘴的壓力損失較小。流體入口流體入口狹窄部位狹窄部位7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制文丘里噴嘴原理示意圖文丘里噴嘴原理示意圖文丘里噴嘴在管道文丘里噴嘴在管道中的位置中的位置前取壓口前取壓口 后取壓口后取壓口 7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制導(dǎo)壓管的配置導(dǎo)壓管的配置 節(jié)流裝置輸出的壓力差是從節(jié)流裝置的前后取壓節(jié)流裝置輸出的壓力差是從

47、節(jié)流裝置的前后取壓孔取出的。從取壓孔到差壓變送器的導(dǎo)壓管的配置也孔取出的。從取壓孔到差壓變送器的導(dǎo)壓管的配置也應(yīng)按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)安裝。如果被測流體是氣體，導(dǎo)壓應(yīng)按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)安裝。如果被測流體是氣體，導(dǎo)壓管應(yīng)從節(jié)流裝置的上方引出，以免混雜在氣體中的液管應(yīng)從節(jié)流裝置的上方引出，以免混雜在氣體中的液滴堵住取壓管；如果被測流體是液體，導(dǎo)壓管應(yīng)從節(jié)滴堵住取壓管；如果被測流體是液體，導(dǎo)壓管應(yīng)從節(jié)流裝置的下方引出，以免混雜在液體中的氣體影響取流裝置的下方引出，以免混雜在液體中的氣體影響取壓。壓。 7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大

48、學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制導(dǎo)壓管配置圖導(dǎo)壓管配置圖7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制節(jié)流式流量計(jì)外形節(jié)流式流量計(jì)外形7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制卡門渦街流量計(jì)演示卡門渦街流量計(jì)演示氣體或液體管道氣體或液體管道及渦流發(fā)生錐體及渦流發(fā)生錐體 7、差壓節(jié)流式流量計(jì)、差壓節(jié)流式流量計(jì)5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器

49、的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制b) 測軸回轉(zhuǎn)精測軸回轉(zhuǎn)精 度和軸心偏擺度和軸心偏擺a) 測振幅測振幅被測物被測物振振 動動電容式電容式傳感器傳感器被測軸被測軸電容式電容式傳感器傳感器8、電容式位移傳感器應(yīng)用、電容式位移傳感器應(yīng)用5.5 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(1) 基本概念基本概念(2)工作原理及基本類型工作原理及基本類型(3) 容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式(4) 信號處理方式信號處理方式(5) 容柵式傳感器應(yīng)用容柵式傳感器應(yīng)

50、用5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(1) 容柵式傳感器的基本概念容柵式傳感器的基本概念 容柵式傳感器是在變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上容柵式傳感器是在變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳感器。它在具有電容式傳感器發(fā)展起來的一種新型傳感器。它在具有電容式傳感器優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又具有多極電容帶來的平均效應(yīng)，而且優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又具有多極電容帶來的平均效應(yīng)，而且采用閉環(huán)反饋式等測量電路減小了寄生電容的影響、采用閉環(huán)反饋式等測量電路減小了寄生電容的影響、提高了抗干擾能力、提高了測量精度提高了抗干擾能力、提高了測量精度(5m)

51、、極大地、極大地?cái)U(kuò)展了量程擴(kuò)展了量程(可達(dá)可達(dá)1m)，是一種很有發(fā)展前途的傳感器。，是一種很有發(fā)展前途的傳感器。將電容傳感器中的電容極板刻成一定形狀和尺寸將電容傳感器中的電容極板刻成一定形狀和尺寸的柵片，再配以相應(yīng)的測量電路就構(gòu)成了容柵測量系的柵片，再配以相應(yīng)的測量電路就構(gòu)成了容柵測量系統(tǒng)。正是特定的柵狀電容極板和獨(dú)特的測量電路使其統(tǒng)。正是特定的柵狀電容極板和獨(dú)特的測量電路使其超越了傳統(tǒng)的電容傳感器，適宜進(jìn)行大位移測量。超越了傳統(tǒng)的電容傳感器，適宜進(jìn)行大位移測量。5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(2) 工作原理及基

52、本類型工作原理及基本類型工作原理：一個(gè)極板由均勻排列電極的長柵工作原理：一個(gè)極板由均勻排列電極的長柵(定柵定柵)組成，組成，另一個(gè)極板由一對相同尺寸的交錯(cuò)對插電極梳另一個(gè)極板由一對相同尺寸的交錯(cuò)對插電極梳(動?xùn)艑訓(xùn)艑?組組成。運(yùn)行時(shí)，傳感器的兩個(gè)電極柵片相對安裝，其中暗成。運(yùn)行時(shí)，傳感器的兩個(gè)電極柵片相對安裝，其中暗區(qū)域是兩個(gè)電極柵的重疊面積，從而形成一對隨位移反區(qū)域是兩個(gè)電極柵的重疊面積，從而形成一對隨位移反向變化的差動電容器向變化的差動電容器C1和和C2。傳感器仍采用傳統(tǒng)差動變。傳感器仍采用傳統(tǒng)差動變壓器測量電路，但通過將電容極板刻成柵狀提高了測量壓器測量電路，但通過將電容極板刻成柵狀提

53、高了測量精度并實(shí)現(xiàn)了大位移測量。精度并實(shí)現(xiàn)了大位移測量。 定柵定柵動?xùn)艑訓(xùn)艑?.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制長容柵長容柵長容柵長容柵圓容柵圓容柵片狀片狀柱狀柱狀基本類型基本類型(2) 工作原理及基本類型工作原理及基本類型5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制abnCmaxn動尺柵級片數(shù) a , b柵極片長度和寬度(2) 工作原理及基本類型工作原理及基本類型5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥

54、胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制片狀圓容柵片狀圓容柵22122maxrranCr2 , r1 圓盤柵極片外半徑和內(nèi)半徑圓盤柵極片外半徑和內(nèi)半徑 a 每條柵極片對應(yīng)的圓心角（每條柵極片對應(yīng)的圓心角（rad）(2) 工作原理及基本類型工作原理及基本類型5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制柱狀圓容柵柱狀圓容柵(2) 工作原理及基本類型工作原理及基本類型5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(3) 容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式 （a）直電極

55、反射式）直電極反射式（b）直電極透射式）直電極透射式（c）反射式）反射式L型電極型電極5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(a) 直電極反射式直電極反射式結(jié)構(gòu)形式簡單，使用方便，結(jié)構(gòu)形式簡單，使用方便，移動過程中，導(dǎo)軌的誤差對測量精度影響較大移動過程中，導(dǎo)軌的誤差對測量精度影響較大 (3) 容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式 5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(b) 直電極透射式直電極透射式 測量調(diào)整方便、安裝誤差和運(yùn)行誤差的影響大為測量調(diào)整方便、安裝誤差和運(yùn)行誤差的影響大為降低，但其制造安裝困難。降低，但其制造安裝困難。(3) 容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式容柵傳感器電極的結(jié)構(gòu)形式 5.6 容柵式傳感器容柵式傳感器北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院胥胥永永剛剛胥胥永永剛剛胥永剛制胥永剛制(c) 反射式反射式L型電極型電極 增大反射電極的面積，增加耦合的電容量，增大反射電極的面積，增加耦合的電容量，提高傳感器的靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力和提高穩(wěn)定性提高傳感器的靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力和提高穩(wěn)定性 (3) 容柵傳感器電極的結(jié)