2022年电容式传感器.docx

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1、精品学习资源54 6 电容式传感器的应用由于电子技术的进展，胜利的解决了电容式传感器存在的技术问题，为电容式传感器的应用开创了宽阔前景；它不但广泛地用于精确测量位移、厚度、角度、振动等机械量， 仍用于测量力、压力、差压、流星、成分、被位等参数；下面就其主要应用作简洁介绍；一、电容式差压变送器电容式差压变送器是70 岁月的新产品，它具有结构简洁、小型轻量、精度高可达o 25 、互换性强等优点；目前已广泛应用于工业生产中；该变送器具有如下特点：(1) 变送器感压腔室内充灌了温度系数小、稳固性高的硅泊作为密封液；(2) 为了使变送器获得良好的线性度，感压膜片采纳张紧式结构；(3) 变送器输出为标准电

2、流信号，(4) 动态响应时间一般为o 215s；图 4 29 为电容式差压变送器的结构图；图 4 296为二空结构的电容式楚压变送器，图中I、2 为测量膜片 或隔离膜六 J，它们与被测介质直接接触，3 为感压膜片，此膜片在圆周方向张紧，1 与 3 膜片间为室， 2与 3 膜片间为另一室，故称为二室结构；其中感压膜片为可动电极，并与固定电极4、5 构成差动式球平面型电容传感器 ” I 和 c”；固定球面电极是在绝缘体6 上加工而成；绝缘体一般采纳玻璃或陶瓷，在它的表面上蒸镀一层金属膜如铝 作为电权；感压的挠曲变欢迎下载精品学习资源形，引起差动电容cL 和 c”变化，经测量电路将电容变化量转换成标

3、准电流信号；因 4 296 为一室结构的电容式差压交道器；图中1、2 为测量膜片，它们与被测介质接触； 3 为可动乎板电极，中心轴4 把 1、2、3 连为一体，片簧5 把可动电极在圆周方向张紧；在绝缘体 6 上蒸镀金属层而构成固定电极7、8，并与可动电极构成平行扳式差动电容；在可动电极与测量膜片间布满硅油作为密封刘，并有通道经节梳孔9 将两电容连通，所以称为一室结构；当两边被测压力不等时严” PL ，测量膜通过中心轴推动可动电极移动，因而使差动电容cj 和 cX 发生变化；以下着重分析二室结构电容式差压变送器；这种球平面型电容量的变化可用单元积分法及等效电容法求得，如图4 30 所示；图中，

4、c；为电容初始电容； cJ 为感压膜片受压后挠曲变形位置与感压膜片初始位置因此在求得 Co 和 C4 后便可由式 4 94、式 十 95 求得传感器的差动电容：c 和C，；在图 4 31 中，由球面形固定电极墨和平膜片电极A 形成一个球平面型电容器；在欢迎下载精品学习资源2m；球 .；Jo别 2q 洲 n 瓮cd笼 ln 宝 PF果关 ln 大十式中，心；为球平面电容极板间最大间隙；J6 为球平面电容极板间最小间隙；及为球面电极的曲率半径；如将 q六 pF 八 m及长度单位 cm代入式 4 98 中，就感压片的挠度可以近似地写为；气产 62，式中 PP”一 PL 为压差；丁为膜片周边受的张力；

5、如图 4 31 所示，在挠曲球面上，宽度为df 、长度为 2nr逞间的电容为式中， m 为膜片挠度；格式 4 100代入上式并积分，得欢迎下载精品学习资源c4 r华华丛都 Z5 而 if 天岩兰歹 53 是与结构有关的常数，就上式变为f dJc 瓮 f“ P4，岩罢输出电流与羌压 尸 ffPL 成线性关系；二、电容式测微仪高灵敏度电容式测微仪采纳非接触方式精确地测量微位移和振动振幅；在最大量程为looy ”土 5y”时，最小检测量为o 01ym ；这样就解决了动压轴承陀螺仪的动态参数gD试问题；试问题；图 4 32 是电容式测微仪的原理图头与持测表面形成的电容C 为P1C：千4l 05式中，

6、cL 为待测电容；犀为测头端面积5A 为待测距离；待测电容接在高增益的运放反馈回路中，如图 4 21 所示的运算法测量电路原理固，因此由式 4 E9得 coA 矿 cDr 万式中为常数式4 106说明，输出电压与待测距离A 成线性关系；为了减小圆柱形探头的边缘效应，一般在探头外面加一个与电极绝缘的等位环即电爱护套 ，在等位环外没有套筒，两者电气绝缘，该套筒使用时接大地，供fll 量时央佯用；团4 33 为电容式测微仪探头的示意图；欢迎下载精品学习资源电容式测微仪整机包括：高增益主放大器包括前置放大器 、精密整流电路、测振电路和高稳固度 土 24v 稳压电源；并将主放大器和振荡器放在内屏蔽盒里严

7、格屏蔽，其线路地和屏蔽盒相连接，而精密整流电路接大地；电容式测微仪组成框图如图4 34 所示；三、电容式液位计电容式液位计可以连续测量水池、水井和江河的水位油、燃油等 的液位；以及各种导电液体酒、醋、酱容量为f、 2nEAf Lj 而万 zf式中，为导线芯绝缘层的介电常数；AJ，为待测水位高度欢迎下载精品学习资源层外径；被测电容 cf 配置如图 4 35 所示的二极管环形测量桥路，可以得到正比于液位Af的直流信号；环形测量电桥由四只开关二极管vDl vDd ，电感线圈 L2 和 Ll ，电容 c3、C，被测电容 c，和调零电容cJ 以及电流表 M 等组成；输入脉冲方波加在4 点与地之间，电流表

8、串联在上2 支路内， c2 是高频旁路电容；由于电感线圈对直流信号是低阻抗，因而直流信号很简洁从j 点流经 L2、电流表至地 公共端 o 点，再由地经L1 流回 A 点；由于 L1 和 L2 对高频信号 l oooHz 呈高阻抗，所以高频方波及电流 j 目频重量均不能通过电感，这样电流表A4 可以得到比较稳固的直流信导；当输入高频方波由低电平El 跃到高电平 62 时，电容 G 和 cJ 两端电压皆为 ET 充电到 j 2；充电电荷一路由4 经 VDl 到 C 点，再经 cx 到地；另一路由4 经 C 到月点，再经 vD3 至月点对 cJ 充电月点流淌的电荷量为当输入高频方波由52 返回 z1

9、 时，电容巴和 cJ 均放电；在放电过程中v1反伯截止， C f 经 vD 2、凸、 Ll 至 o 点放电； ；经 VD 、 j1 至 o 点放电；因而在72内由 j 点流向 4 点的电荷量为应当指出：式 4 108、式 4 109是在 电容值远大于Cc 和 cJ 的前提下得到的结果；电容 C 无放电回路如图4 35 中纫实线和虚线箭头所示；从上述充、放电过程可知，充电电流和放电电流经过电容C 对方向相反，所以当充电与放电电流不相等时，电容c端欢迎下载精品学习资源产生电压差，在桥路4 和置两点间有电流产生，可由电流表44 指示出来；当掖面在电容传感器零位时，调整cJ co，使流经 L1 的充电电流相等，e 两端九电位差， 4 月两端无直流信号输出，电流表4J 指零；当被测电容 C 随液位变化而变化时，在凰cd 的情形下、流经 c的放电电流大于充电电流，电容 C 两端产生电位差并经电流M 放电，没此时电流方向为正；当ci Q 时，流经电流表 4f 的电流方向为负；当 cf cJ 时，由上述分析可知，在一个充放电周期内即 7 71 十了 z，由 B 点流向A 点的电荷为由式 4111可知，此电路中如高频方波信号频率及幅值Az 肯定时，流经电流表M 的平均电流Z 与 A 乙成正比，即电流表的电流变化量与待测液位AA 成线性关系；欢迎下载