工業(yè)機器人視覺與傳感技術(shù) 課件 ch03 電容式傳感器

高等院校公共課系列精品教材工業(yè)機器人視覺與傳感技術(shù)第三章電容式傳感器內(nèi)容摘要電容式傳感器的工作原理如圖3-1所示，設(shè)兩平行極板的正對面積為A，兩極板的垂直距離為d,六極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε。如果忽略極板的邊緣效應，則平行極板電容c的大小如式(3-1)所示。由式（3一1）可知，A、d、ε三個參數(shù)決定了電容c的大小。將其中兩個參數(shù)不變，改變一個參數(shù)，則電容值將發(fā)生變化。這樣被測量就與電容的大小存在著對應關(guān)系。根據(jù)式（3一1），電容式傳感器可分成三種類型：變極距、變面積和變介質(zhì)。電阻應變式傳感器變極距型電容式電容的初始值。當被測量變化，引起電容的極距d減小△d時，C的大小如式(3一2）所示。電容式傳感器的類型及特征變面積型電容式傳感器圖3-3變面積型電容式傳感器的示意圖電容的初始值

。當動極板平移△x后，電容的正對面積減小，則電容值C如式(3一4）所示。電容式傳感器的類型及特征變面積型電容式傳感器如3-4所示為角位移型電容式傳感器的示意圖，當動極板旋轉(zhuǎn)θ時，電容的兩極板正對面積發(fā)生了變化，其電容值c如式（3一7）所示。電容式傳感器的類型及特征變面積型電容式傳感器圖3-5所示為變齒型電容式傳感器的示意圖，極板采用齒形，目的是提高靈敏度。當極板的齒數(shù)為n，移動△x后，其電容值c如式（3-8）所示，△C的大小如式（3-9）所示。電容式傳感器的類型及特征變介質(zhì)型電容式傳感器變介質(zhì)型電容式傳感器的示意圖如圖3-6所示。這種傳感器可以用來測量液位、位移、厚度、糧食量、木材量等。圖3-6中，a為平行極板的長度，b為平行極板的寬度，d為平行極板的垂直距離,L為第二種介質(zhì)的長度，則電容值的初始值為

。當?shù)诙N介質(zhì)進入電容后，電容c的大小如式（3-11）所示。電容式傳感器的類型及特征變介質(zhì)型電容式傳感器當電容式傳感器用于測量液位時，形成圓筒型電容式傳感器，其結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。電容式傳感器的測量電路變壓器電路電容式傳感器的測量電路雙T型電路電容式傳感器的測量電路運放電路電容式傳感器的測量電路脈寬調(diào)制電路由圖3-11可知，當Cx1=Cx2時，兩電容的充放電時間常數(shù)相等，兩個方波寬度相等，輸出電壓平均值為零。當差動式電容處于工作狀態(tài)時，Cx1≠Cx2時，兩電容的充電時間常數(shù)發(fā)生變化,T1正比于Cx1，T2正比于Cx2，這時輸出電壓的平均值不等于零。輸出電壓值U0的大小如式（3-17）所示。電容式傳感器的測量電路脈寬調(diào)制電路電容式傳感器的測量電路調(diào)頻電路這種電路是把電容與電感構(gòu)成一個振蕩諧振電路。當電容式傳感器發(fā)生變化時，導致振蕩頻率發(fā)生相應的變化，再經(jīng)過鑒頻器將頻率的變化轉(zhuǎn)變成振幅的變化，經(jīng)放大器后顯示，這種方法稱為調(diào)頻法。電容式傳感器的應用13