電容式接近開關使用——物位檢測

1、2022-5-71 電容式接近開關的使用電容式接近開關的使用 一、任務描述與分析一、任務描述與分析 本次任務就是學習如何利用電容式接近開關和本次任務就是學習如何利用電容式接近開關和其它器件設計了一種控制水龍頭開與關的系統(tǒng)。其它器件設計了一種控制水龍頭開與關的系統(tǒng)。 2022-5-72最聰明的水龍最聰明的水龍頭：電容式感頭：電容式感應式應式2022-5-73振蕩電路振蕩電路感應電極感應電極被測物體被測物體二、相關知識二、相關知識1.什么是電容式接近開關什么是電容式接近開關 2022-5-74 這種開關的測量通常是構成電容器的一個極這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼

2、。這個外殼在板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使由于它的接近，總要使電容的介電常數發(fā)生變電容的介電常數發(fā)生變化化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相，從而使電容量發(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，由此便可連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制控制開關的接通或斷開開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。不限于導體，可以絕

3、緣的液體或粉狀物等。2022-5-75 被檢測物體可以被檢測物體可以是導電體、介質損耗是導電體、介質損耗較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體等）體等） ；可以是接地的，也可以是不接地；可以是接地的，也可以是不接地的。的。 調節(jié)接近開關尾部的靈敏度調節(jié)電位調節(jié)接近開關尾部的靈敏度調節(jié)電位器，可以根據被測物不同來改變動作距離。器，可以根據被測物不同來改變動作距離。 2022-5-76電容式接近開關外形電容式接近開關外形齊平式齊平式非齊平式非齊平式2022-5-77非齊平式非齊平式接近開關的安裝接近開關的安裝 非齊平式安裝時，傳感器高于安非齊平式安裝時，傳感

4、器高于安裝支架，易損壞。裝支架，易損壞。2022-5-78全密封防水式全密封防水式遠距離式（大量程）遠距離式（大量程）2022-5-7924V負載2022-5-7102 工作原理2022-5-711 電容式傳感器的感應面由兩個同軸金屬電極構成，電容式傳感器的感應面由兩個同軸金屬電極構成，很像很像“打開的打開的”電容電極，該兩個電極構成一個電容，電容電極，該兩個電極構成一個電容，串接在串接在RCRC振蕩回路內。振蕩回路內。 當一個目標朝著電容器的電極靠近時，電容器的當一個目標朝著電容器的電極靠近時，電容器的容量增加。通過后極電路的處理，將停振和振蕩兩種容量增加。通過后極電路的處理，將停振和振蕩兩

5、種信號轉換成開關信號，從而起到了檢測有無物體存在信號轉換成開關信號，從而起到了檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測到金屬物體，也能檢測到非的目的。該傳感器能檢測到金屬物體，也能檢測到非金屬物體，對金屬物體可獲得最大的動力作距離，對金屬物體，對金屬物體可獲得最大的動力作距離，對非金屬物體動作距離決定于材料的介電常數非金屬物體動作距離決定于材料的介電常數。分析原理：2022-5-712三、相關技能三、相關技能（一）如何提高電容式傳感器的精度（一）如何提高電容式傳感器的精度1 1、溫度對結構尺寸的影響及解決方法、溫度對結構尺寸的影響及解決方法2 2、電容電場的邊緣效應、電容電場的邊緣效應 3 3、

6、寄生電容的影響、寄生電容的影響 實際中存在的問題及解決方法實際中存在的問題及解決方法2022-5-7131 1、溫度對結構尺寸的影響及解決方法、溫度對結構尺寸的影響及解決方法 環(huán)境溫度的改變將引環(huán)境溫度的改變將引起電容式傳感器各部分零起電容式傳感器各部分零件幾何尺寸和相互間幾何件幾何尺寸和相互間幾何位置的變化，從產生附加位置的變化，從產生附加電容變化。而產生附加電電容變化。而產生附加電容變化。尤其對于變間隙容變化。尤其對于變間隙型電容傳感其極板間距僅型電容傳感其極板間距僅為幾十微米至幾百微米，為幾十微米至幾百微米，溫度引起的尺寸相對變化溫度引起的尺寸相對變化就可能相當大，從而造成就可能相當大，

7、從而造成很大的特性溫誤差很大的特性溫誤差 動極板動極板定極板定極板絕緣材料絕緣材料2022-5-7142 2、溫度對結構尺寸的影響及解決方法、溫度對結構尺寸的影響及解決方法01102211dhhhLhLh由上式可見，在設計電容傳感器時，應首先根據合理的初始電容量決定間隙d0，然后根據材料的線膨脹系數適當地選擇h1和h2，以盡量滿足上式的溫度補償條件。1、選用溫度膨脹系數小、幾何尺寸穩(wěn)定的材料。（陶瓷、鐵鎳合金）2、采用差動對稱結構。3、在測量電路中加以補償。 2022-5-7152 2、電容電場的邊緣效應、電容電場的邊緣效應 理想條件下，平行板電容理想條件下，平行板電容器的電場均勻分布于兩極板

8、相器的電場均勻分布于兩極板相互覆蓋的空間，但實際上，在互覆蓋的空間，但實際上，在極板的邊緣附近，電場分布是極板的邊緣附近，電場分布是不均勻的，從而使電容的實際不均勻的，從而使電容的實際計算公式變得相當復雜。這種計算公式變得相當復雜。這種電場的邊緣效應相當于傳感器電場的邊緣效應相當于傳感器并聯(lián)了一個附加電容，其結果并聯(lián)了一個附加電容，其結果使傳感器的靈敏度下降和非線使傳感器的靈敏度下降和非線性增加。性增加。 2022-5-7162 2、電容電場的邊緣效應、電容電場的邊緣效應解決方法：解決方法：1首先應增大電容器的初始電容量，首先應增大電容器的初始電容量，即增大極板面積和減小極板間距。即增大極板面

9、積和減小極板間距。2加裝等位環(huán)加裝等位環(huán)。如圖所示，在極板如圖所示，在極板A的同一平面內加的同一平面內加一個同心環(huán)面一個同心環(huán)面G。A和和G在電氣上相互在電氣上相互絕緣，二者之間的間隙越小越好。這絕緣，二者之間的間隙越小越好。這就可使就可使A、B間的電場接近理想的均間的電場接近理想的均勻分布了。加裝等位環(huán)的電容器有三勻分布了。加裝等位環(huán)的電容器有三個端子個端子A、B、G。 2022-5-717 3 3、寄生電容的影響、寄生電容的影響 我們知道，任何兩個導體之間均可構成電容聯(lián)系。電容式傳感我們知道，任何兩個導體之間均可構成電容聯(lián)系。電容式傳感器除了極板間的電容外，極板還可能與周圍物體器除了極板間

10、的電容外，極板還可能與周圍物體(包括儀器中的包括儀器中的各種元件甚至人體各種元件甚至人體)之間產生電容聯(lián)系，這種電容稱為寄生電容。之間產生電容聯(lián)系，這種電容稱為寄生電容。由于傳感器本身電容很小，所以寄生電容可能使傳感器電容量由于傳感器本身電容很小，所以寄生電容可能使傳感器電容量發(fā)生明顯改變；而且寄生電容極不穩(wěn)定，從而導致傳感器特性發(fā)生明顯改變；而且寄生電容極不穩(wěn)定，從而導致傳感器特性的不穩(wěn)定，對傳感器產生嚴重干擾。的不穩(wěn)定，對傳感器產生嚴重干擾。解決方法：解決方法：1、靜電屏蔽。（、靜電屏蔽。（即將電容器極板放置在金屬殼體內，并將殼體即將電容器極板放置在金屬殼體內，并將殼體良好接地。）良好接地。）2、引出線也必須用屏蔽線，且屏蔽線外、引出線也必須用屏蔽線，且屏蔽線外3、采用驅動電纜技術、采用驅動電纜技術，也稱雙層屏蔽等電位傳輸技術。將電極，也稱雙層屏蔽等電位傳輸技術。將電極引出線進行內外雙層屏蔽引出線進行內外雙層屏蔽2022-5-718（二）典型工業(yè)用接近開關（二）典型工業(yè)用接近開關圖圖4-16 CLG4-16 CLG型型M18M187070電容式接近開關外型圖電容式接近開關外型圖2022-5-719電容式接近開關在液位測量控制中的使用電容式接近開關在液位測量控