电工学.电容式传感器与压电式精.ppt

电工学.电容式传感器与压电式第1页，本讲稿共20页5.电容式传感器电容式传感器 a)a)极距极距变化型变化型+第2页，本讲稿共20页驻极体电容传声器驻极体电容传声器 它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积小、性能优越、使用方便。性能优越、使用方便。5.电容式传感器电容式传感器 第3页，本讲稿共20页b)b)面积变化型面积变化型角位移型角位移型+5.电容式传感器电容式传感器 第4页，本讲稿共20页平面线位移型平面线位移型5.电容式传感器电容式传感器 第5页，本讲稿共20页柱面线位移型柱面线位移型.5.电容式传感器电容式传感器 第6页，本讲稿共20页产品产品.陶瓷电容压力传感器陶瓷电容压力传感器 液体压力液体压力作用在陶作用在陶瓷膜片的瓷膜片的表面，使表面，使膜片产生膜片产生 位移。位移。压力变送器压力变送器5.电容式传感器电容式传感器 第7页，本讲稿共20页c)c)介质变化型介质变化型5.电容式传感器电容式传感器 第8页，本讲稿共20页产品产品.电容式液位传感器（液位计电容式液位传感器（液位计/料位计）料位计）5.电容式传感器电容式传感器 第9页，本讲稿共20页电容式接近开关电容式接近开关振荡电路振荡电路被测物体被测物体 感应电极感应电极被测电容被测电容测量头构成电容器的一个极板，测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发测量头相连的电路状态也随之发生变化生变化.接近开关的检测物体，接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。缘的液体或粉状物体。5.电容式传感器电容式传感器 第10页，本讲稿共20页5.电容式传感器电容式传感器 第11页，本讲稿共20页5.2 5.2 测量电路测量电路a)a)电桥电路电桥电路 5.电容式传感器电容式传感器 第12页，本讲稿共20页（b）调频电路）调频电路 这种电路是将电容式传感器作为这种电路是将电容式传感器作为LC振荡器谐振回路的一部分，或作为晶体振荡器振荡器谐振回路的一部分，或作为晶体振荡器中的石英晶体的负载电容。当电容传感器工作时，电容中的石英晶体的负载电容。当电容传感器工作时，电容Cx发生变化，使振荡器的频发生变化，使振荡器的频率率f发生相应的变化。由于振荡器的频率受电容式传感器的电容调制，这样就实现了发生相应的变化。由于振荡器的频率受电容式传感器的电容调制，这样就实现了Cf的变的变换，故称为调频电路。图为换，故称为调频电路。图为LC振荡器调频电路方框图。调频振荡器的频率可由下式决定：振荡器调频电路方框图。调频振荡器的频率可由下式决定：式中式中 L振荡回路电感；振荡回路电感；C振荡回路总电容。振荡回路总电容。C包括传感器电容包括传感器电容Cx、谐振回路、谐振回路中的微调电容中的微调电容C1和传感器电缆分布电容和传感器电缆分布电容Cc，即，即 CCx+C1+Cc。振荡器输出的高频电压是一个受被测量控制的调频波，频率的变化在鉴频器中变振荡器输出的高频电压是一个受被测量控制的调频波，频率的变化在鉴频器中变换为电压幅度的变化，经过放大器放大后就可用仪表来指示。换为电压幅度的变化，经过放大器放大后就可用仪表来指示。5.电容式传感器电容式传感器 第13页，本讲稿共20页b)b)调频电路调频电路-谐振电路谐振电路 5.电容式传感器电容式传感器 第14页，本讲稿共20页5.电容式传感器电容式传感器 b)b)调频电路调频电路-运算放大器电路运算放大器电路 第15页，本讲稿共20页(c)脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路(PWM)脉冲宽度调制电路是利用对传感器电容的充放电，使电路输出脉冲的宽度随电容脉冲宽度调制电路是利用对传感器电容的充放电，使电路输出脉冲的宽度随电容传感器的电容量变化而改变，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。脉传感器的电容量变化而改变，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。脉冲宽度调制电路如上图所示。冲宽度调制电路如上图所示。第16页，本讲稿共20页初始状态：初始状态：AQ高电位，高电位，BQ()低电位低电位电容电容C1与与C2的充放电时间由的充放电时间由C1、C2的时间常数决定，也就是说，的时间常数决定，也就是说，PWM的输出是一个宽度的输出是一个宽度受电容受电容C1和和C2控制的方波信号，控制的方波信号，C1、C2的变化将引起输出方波正负时间比。的变化将引起输出方波正负时间比。1工作原理工作原理参见教材参见教材P54，图，图5-4（电路分析）（电路分析）2测量原理测量原理经低通滤波后，输出电压（平均电压）：经低通滤波后，输出电压（平均电压）：式式中中：T1、T2：电电容容C1与与C2的的充充电电至至UC需需要要的的时时间间，即即A、B点点的的脉脉冲冲宽宽度度，由由电电容容C1与与C2的大小决定，且的大小决定，且CT；u1：触发器输出的高电位。：触发器输出的高电位。第17页，本讲稿共20页时，时，常数常数当从从上上面面的的推推导导可可以以看看出出，PWM的的输输出出与与电电容容差差成成正正比比，且且极极性由性由 决定。决定。PWM的优点：的优点：PWM的的输输出出与与输输入入成成线线性性关关系系（无无论论电电容容传传感感器器本本身身的的线线性与否）；性与否）；只需经过低通滤波，无需解调即可得到直流输出。只需经过低通滤波，无需解调即可得到直流输出。第18页，本讲稿共20页一、电容测厚仪下图为测量厚度的电容测厚仪原理图。在被测金属带材的上下两侧各放置一块面积相等，与带材距离相等的极板2，这样极板与带材就形成了两个电容器。把两块极板用导线连接起来就成为一个极板，而金属带材就是电容的另一个极板，其总电容CxC1+C2=2C。如果带材厚度发生变化，则引起电容量的变化。用交流电桥将电容的变化检测出来，经过放大，即可由电容测厚仪显示出带材厚度的变化。5.3 电容式传感器的应用：第19页，本讲稿共20页动手做：动手做：观察你计算机上使用的麦观察你计算机上使用的麦克风，并用它测量你自己克风，并用它测量你自己的声音，绘出频谱。的声音，绘出频谱。5.电容式传感器电容式传感器 第20页，本讲稿共20页