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1、19:09:533.1 自感式傳感器 u3.1.1 工作原理u3.1.2 變氣隙式自感傳感器u3.1.3 變面積式自感傳感器u3.1.4 螺線管式自感傳感器u3.1.5 自感式傳感器測量電路u3.1.6 自感式傳感器應用舉例第1頁/共125頁29:09:54n電感式傳感器的工作基礎：電磁感應原理n即利用線圈電感或互感的改變來實現(xiàn)非電量測量第2頁/共125頁39:09:54a)氣隙型 b)截面型 c)螺管型自感式傳感器原理圖(xLU I位移、流量、振動）（自感）（ ）3.1 3.1 自感式傳感器第3頁/共125頁49:09:54線圈自感： 線圈總磁鏈,單位：韋伯；通過每匝線圈的磁通量；I I通過

2、線圈的電流，單位：安培；W W線圈的匝數(shù)；R Rm m磁路總磁阻，單位：1/1/亨。mRWIWIL23.1.1 3.1.1 工作原理 第4頁/共125頁59:09:54S1l1L1W23l21線圈；2鐵芯(定鐵芯)；3銜鐵(動鐵芯)S2當銜鐵移動時，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感值變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。 自感式傳感器由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成，鐵芯和銜鐵由導磁材料制成。在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，傳感器的運動部分與銜鐵相連。第5頁/共125頁69:09:54niiiiSSlWL102/2/SSlRniiim01/2/S

3、 ,fL SfL2 1fL 變氣隙型傳感器變截面型傳感器 氣隙厚度較小，可以認為氣隙磁場是均勻的，忽略磁路鐵損，則總磁阻為：線圈自感: : 第6頁/共125頁79:09:543.1.2 3.1.2 變氣隙式自感傳感器 002221112sslslRm002sRm20022sWRWLmL與之間是非線性關系 S1l1L1W23l21線圈；2鐵芯(定鐵芯)；3銜鐵(動鐵芯)S2（3.1.6）第7頁/共125頁89:09:54分析：當銜鐵處于初始位置時，初始電感量為000202sWL 當銜鐵上移時，則 ，代入式（3.1.6）式并整理得0000020/1)(2LsWLLL0LLL0第8頁/共125頁99

4、:09:54 200000001/11LL同理，向下移動時，有: : 30200000001/11LL向上移動時：第9頁/共125頁109:09:54線性處理，得：00LL0001/LLk 變間隙式自感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度是相矛盾的，因此變隙式自感式傳感器適用于測量微小位移場合。為了減小非線形誤差，實際中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。靈敏度k k0 0為：第10頁/共125頁119:09:55與 的矛盾n銜鐵上移 切線斜率變大n銜鐵下移切線斜率變小 0k第11頁/共125頁129:09:55為了減小非線性誤差，實際測量中廣泛采用差動變隙式電感傳感器。 4020002112LLLL差

5、動傳感器電感的總變化量：第12頁/共125頁139:09:55線性處理，得： 002LL靈敏度k k0 0為：0002/LLk（1 1）差動變間隙式自感傳感器的靈敏度是單線圈式傳感器的2 2倍。（2 2）單線圈是忽略 以上高次項，差動式是忽略 以上高次項，因此差動式自感式傳感器線性度得到明顯改善。20 30 200001LL 40200012LL第13頁/共125頁149:09:55變面積式自感傳感器在忽略氣隙磁通邊緣效應的條件下，輸入與輸出呈線性關系；因此可望得到較大的線性范圍。但是與變氣隙式自感傳感器相比，其靈敏度降低。3.1.3 3.1.3 變面積式自感傳感器 設鐵芯材料和銜鐵材料的磁導

6、率相同，則此變面積自感傳感器自感L L為：sKslWslslWLr02002/KdsdLk/0lsWLlsWL00200222第14頁/共125頁159:09:553.1.4 3.1.4 螺線管式自感傳感器1-螺線管線圈；2-螺線管線圈；3-骨架；4-活動鐵芯 llrrlWrLLLccr22022010011（3.1.21）線圈、的初始電感值：第15頁/共125頁169:09:55當鐵芯移動（如右移）后：lxlrrlWrLccr2202111lxlrrlWrLccr2202211根據(jù)以上兩式，可以求得每只線圈的靈敏度為：222021211lrWdxdLdxdLkkcr（3.1.24）上式表明兩

7、只線圈的靈敏度大小相等，符號相反，具有差動特征。 第16頁/共125頁179:09:55考慮到 ，而lc與l，rc為同數(shù)量級的量，則式(3.1.21)(3.1.21)和式(3.1.24)(3.1.24)可簡化為 222020100llrWLLLccr222021lrWkkcr提高?；蚝褪苟伎梢裕瑸槌?shù)時，增加與結論：當)(W210rkkLrllcc1rllrrlWrLLLccr22022010011第17頁/共125頁189:09:553.1.5 自感式傳感器測量電路自感式傳感器測量電路1 1、自感式傳感器等效電路2 2、交流電橋3 3、調幅電路4 4、調頻電路 5 5、調相電路6 6、自感傳

8、感器的靈敏度第18頁/共125頁199:09:551. 自感式傳感器的等效電路自感式傳感器的線圈并非是純電感，包括：線圈線繞電阻和渦流損耗電阻及磁滯損耗電阻，總電阻用R R表示；線圈的自感L L, , 繞線間分布電容C C。RCLZ第19頁/共125頁209:09:56等效線圈阻抗為： CjLjRCjLjRZ/)(將上式有理化并應用品質因數(shù)Q=L/R，可得 22222222222)1 (1)1 (QLCLCQLCLCLjQLCLCRZ當Q2LC且2LC1時，上式可近似為 ZRj L第20頁/共125頁219:09:56交流電橋測量電路 Z1Z2Z3 RZ4 RoUU)(432132414332

9、110ZZZZZZZZUZZZZZZUU3241ZZZZ電橋平衡的條件：2. 交流電橋式測量電路第21頁/共125頁229:09:56 把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂Z Z1 1和Z Z2 2，另外兩個相鄰的橋臂用純電阻R R代替。設Z Z1 1= =Z Z+Z Z1 1, , Z Z2 2= =Z ZZ Z2 2，Z Z是銜鐵在中間位置時單個線圈的復阻抗，ZZ1 1, , Z Z2 2分別是銜鐵偏離中心位置時兩線圈阻抗的變化量。)()()()(432211322411432132410ZZZZZZZZZZZZUZZZZZZZZUU第22頁/共125頁239:09:56設Z Z1 1=Z

10、=Z2 2=Z=Z，Z Z3 3=Z=Z4 4=R=R，| |Z Z1 1|= |-|= |-Z Z2 2|= |= Z Z，則ZZURRZZZZRZZRZZUU21)()()(0RRUUo21與直流差動電橋的情況相似：第23頁/共125頁249:09:563.調幅電路 (1) (1) 變壓器電路輸出空載電壓 21210uZZZuu初始平衡狀態(tài)，Z1=Z2=Z, u0=0 銜鐵偏離中間零點時 ，、ZZZZZZ21)/()2/(0ZZuu在Q=L/R 很高的時候，可以忽略線圈內阻： u0z2z1u/2u/2ULLULjLjU220第24頁/共125頁259:09:56傳感器銜鐵移動方向相反時 ，

11、、ZZZZZZ21空載輸出電壓 )/()2/(0ZZuu兩種情況的輸出電壓大小相等，方向相反，即相位差1800 為了判別銜鐵位移方向，就是判別信號的相位，要在后續(xù)電路中配置相敏檢波器來解決 。 ULLULjLjU220第25頁/共125頁269:09:56(2) (2) 相敏檢波電路當銜鐵偏離中間位置而使Z Z1 1=Z+=Z+Z Z增加，則Z Z2 2=Z-=Z-Z Z減少。這時當電源u u上端為正，下端為負時，電阻R R1 1上的壓降大于R R2 2上的壓降；當u u上端為負，下端為正時，R R2 2上壓降則大于R R1 1上的壓降，電壓表V V輸出上端為正，下端為負。第26頁/共125頁

12、279:09:56非相敏整流和相敏整流電路輸出電壓比較(a) 非相敏整流電路；（b） 相敏整流電路使用相敏整流，輸出電壓U U0 0不僅能反映銜鐵位移的大小和方向，而且還消除零點殘余電壓的影響。 第27頁/共125頁289:09:56(3) (3) 諧振式調幅電路輸出電壓的頻率與電源頻率相同，而幅值隨著電感L L而變化，圖為輸出電壓與電感L L的關系曲線，其中L L0 0為諧振點的電感值。特點：此電路靈敏度很高，但線性差，適用于線性度要求不高的場合。 01TTj LUUj Lj LjC第28頁/共125頁299:09:564.4.調頻電路GCLf靈敏度很高，但線性差，適用于線性要求不高的場合

13、)/()2/(4/)(2/3LLfLCLCfLf0LCf2/1)2/(1LCf第29頁/共125頁309:09:565.5.調相電路 傳感電感變化將引起輸出電壓相位變化 RLarctan2LLRLRL)/(1)/(22第30頁/共125頁319:09:566.6.自感傳感器的靈敏度 傳感器結構靈敏度 轉換電路靈敏度 xLLk/)/(0)/(0LLukc總靈敏度 xukkkcz/00自感傳感器的靈敏度是指傳感器結構（測頭）和轉換電路綜合在一起的總靈敏度。以調幅電路為例：第31頁/共125頁329:09:56 假定用氣隙型傳感器，并采用變壓器電橋作為測量電路則：)/()2/(0ZZuu222222

14、022LRLukLLLRLuuc值時，則因素電感線圈具有較高品質Q第32頁/共125頁339:09:56第一項決定于傳感器的類型第二項決定于轉換電路的形式第三項決定于供電電壓的大小 2)()(12220uLRLkz傳感器靈敏度的單位為 (mV/m) /V電源電壓為1V，銜鐵偏移1m時，輸出電壓為若干毫伏 xukkkcz/00第33頁/共125頁349:09:563.1.6 3.1.6 自感式傳感器應用舉例1. 自感式位移傳感器 2. 自感式壓力傳感器第34頁/共125頁359:09:561 傳感器引線 2 鐵心套筒 3 磁芯 4 電 感 線 圈 5 彈 簧 6 防轉件 7 滾 珠 導 軌 8

15、測 桿 9 密封件 10瑪瑙測端 第35頁/共125頁369:09:562.2.自感式壓力傳感器變隙式自感壓力傳感器結構圖 當壓力進入膜盒時，膜盒的頂端在壓力P的作用下產生與壓力P大小成正比的位移，于是銜鐵也發(fā)生移動，從而使氣隙發(fā)生變化， 流過線圈的電流也發(fā)生相應的變化，電流表A的指示值就反映了被測壓力的大小。 第36頁/共125頁379:09:57變隙差動式電感壓力傳感器它主要由C形彈簧管、 銜鐵、 鐵芯和線圈等組成。 當被測壓力進入C形彈簧管時，C形彈簧管產生變形， 其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化。即一個電感量增大，

16、另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關系， 所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓， 即可得知被測壓力的大小。 第37頁/共125頁389:09:57 板的厚度測量 張力測量第38頁/共125頁399:09:57旁向式旁向式差動電感式傳感器差動電感式傳感器總行程： 1.5mm 測量力：0.40.7N示值變動性：0.2m軸向式差動電感式傳感器軸向式差動電感式傳感器總行程： 3mm 測量力：0.450.65N示值變動性：0.03m總行程：1.5mm 測量力：0.120.18N示值變動性：0.05m第39頁/共125頁409:09:57軸向式差動變壓

17、器式傳感器軸向式差動變壓器式傳感器總行程： 100mm 線性度：0.15% 總行程： 2 7mm 測量力：0.91.2N示值變動性：0.5m第40頁/共125頁419:09:57IW 10/101 系列；微型電感式位移，測量范圍4,5,8,10,15mm線性精度：0.5%或0.25%,外殼圓形10mm或方形25mm, 外接勵磁模塊驅動 第41頁/共125頁429:09:58IW 120 系列: 電感式位移傳感器，測量行程12，24，60，100，150，200mm。無限分辨率，無磁滯。線性精度：0.5%或0.25%。外部激勵驅動電路 第42頁/共125頁439:09:58電感式傳感器(活塞)

18、第43頁/共125頁449:09:583.4 電容傳感器電容傳感器 電容式傳感器是將被測參數(shù)變換成電容量變化的測量裝置。工作原理：將被測量轉化為電容量的變化實現(xiàn)測量，實質上相當于具有可變參數(shù)的電容器。應用范圍: :位移、壓力、加速度、液位、成份含量等測量。第44頁/共125頁459:09:583.4 電容式傳感器3.4.1 電容式傳感器的工作原理3.4.2 電容式傳感器主要性能3.4.3 電容式傳感器的特點和設計要點3.4.4 電容式傳感器等效電路3.4.5 電容式傳感器測量電路3.4.6 電容式傳感器的應用第45頁/共125頁469:09:583.4.1 電容式傳感器的工作原理1. 工作原理

19、及類型2. 變極距型電容傳感器3. 變面積型電容傳感器4. 變介電常數(shù)型電容式傳感器第46頁/共125頁479:09:581. 工作原理及類型dSdSCr0 S 極板相對覆蓋面積； d 極板間距離； r相對介電常數(shù)； 0真空介電常數(shù)； 電容極板間介質的介電常數(shù)。 dS第47頁/共125頁489:09:58 當被測參數(shù)變化使得當被測參數(shù)變化使得S S、d d或或發(fā)生變化時，發(fā)生變化時， 電容量電容量C C也隨之變化。也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)，如果保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變其中一個參數(shù)， 就可把該參數(shù)的變化轉換為電容量的變化，通過測量電就可把該參數(shù)的變化轉換為

20、電容量的變化，通過測量電路就可轉換為電量輸出。路就可轉換為電量輸出。電容式傳感器可分為電容式傳感器可分為變極距型、變極距型、 變面積型和變介電常變面積型和變介電常數(shù)型數(shù)型三種。三種。dSdSCr0 第48頁/共125頁499:09:58 分類示意圖 c) c) 變介電常數(shù)型變介電常數(shù)型b)b)面積變化型面積變化型: :角位移型角位移型, ,平面線位移型平面線位移型, ,柱面線位移型柱面線位移型. .+a) a) 極距變化型極距變化型; ;+0rSSCdd第49頁/共125頁509:09:58變極距( (d）型: (a)、(e) 變面積型(S)(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g)

21、（h） 變介電常數(shù)( )型: （i）(l)第50頁/共125頁519:09:582. 變極距型電容傳感器dsCr00200001)1 (1 ddddCddCddsCCCr若d/d103kv/mm)或塑料膜來改善電容器耐壓性能 差動結構也可提高靈敏度擊穿電壓:使電介質擊穿的電壓。電介質在足夠強的電場作用下將失去其介電性能成為導體,稱為電介質擊穿,所對應的電壓稱為擊穿電壓。 第57頁/共125頁589:09:58表1 電介質材料的相對介電常數(shù) 第58頁/共125頁599:09:58baadabdSC0aaCdabdbaadabC0dbaCaCkg0b d kg減小d 、加云母片、增大b、采用差動結

22、構可提高靈敏度第59頁/共125頁609:09:582. 非線性 ddddCdddCC/11001/dd將上式展開成泰勒級數(shù)得 3201ddddddddCC可見，輸出電容C/C0與輸入d之間成非線性關系第60頁/共125頁619:09:58C1 d1C2 d2第61頁/共125頁629:09:59dSCCCddd 02010, 21dddddd21,101011 ddCddSCCC102021 ddCddSCCC第62頁/共125頁639:09:59采用差動形式，電容總變化量： 4202112ddddddCCCC如果采用容抗 作為電容式傳感器輸出量) /(1CjXCdSjXcddSjXc1)(

23、10dd 被測量 d與 XC 成線性關系 無需滿足第63頁/共125頁649:09:593.4.3 電容傳感器的特點和設計要點1. 特 點2. 設計要點第64頁/共125頁659:09:59 1、電容傳感器的特點優(yōu)點:(1). 溫度穩(wěn)定性好 （電容值與電極材料無關，本身發(fā)熱極小 ）(2). 結構簡單、適應性強 ，能夠承受高壓力、高沖擊、過載等情況。(3). 動態(tài)響應好 極板間的靜電引力很小，需要的作用能量極小 可測極低的壓力和力，很小的速度、加速度?？梢宰龅煤莒`敏，分辨率非常高，能感受0.001mm甚至更小的位移 可動部分可以做得很小很薄，即質量很輕 其固有頻率很高，動態(tài)響應時間短，能在幾兆赫

24、的頻率下工作，特別適合動態(tài)測量。介質損耗小，可以用較高頻率供電,系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)，如測量振動、瞬時壓力等。第65頁/共125頁669:09:59(4). 可以實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應第66頁/共125頁679:09:59缺 點：(1)、輸出阻抗高、負載能力差 傳感器的電容量受其電極幾何尺寸等限制，一般為幾十到幾百皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當采用音頻范圍內的交流電源時，輸出阻抗高達106108 。 因此傳感器負載能力差，易受外界干擾影響，必須采取屏蔽措施，從而給設計和使用帶來不便。(2)、寄生電容影響大 傳感器的初始電容量很小，而傳感器的引線電纜電容、測量電

25、路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導體構成的電容等“寄生電容”卻較大，這一方面降低了傳感器的靈敏度； 另一方面這些電容(如電纜電容)常常是隨機變化的，將使傳感器工作不穩(wěn)定，影響測量精度 。第67頁/共125頁689:09:592. 電容傳感器的設計要點 (1) 減小環(huán)境溫度濕度等變化所產生的影響，保證絕緣材料的絕緣性能 (2) 消除和減小邊緣效應 (3) 消除和減小寄生電容的影響，防止和減少外界干擾 (4) 盡可能采用差動式電容傳感器 第68頁/共125頁699:09:59(1)減小溫度誤差、保證高的絕緣性能 ：溫度系數(shù)低的鐵鎳合金、陶瓷或石英上 噴鍍金或銀（電極可做得薄，減小邊緣效應） ：選

26、用溫度系數(shù)小和幾何尺寸長期穩(wěn)定性好，并具有高絕緣電阻、低吸潮性和高表面電阻的材料，例如石英、云母、人造寶石及各種陶瓷等做支架 ：空氣或云母 （介電常數(shù)溫度系數(shù)近為0） 采用、測量電路，這樣可以通過某些類型的測量電路(如電橋)來減小溫度等誤差。 第69頁/共125頁709:09:59傳感器密封，用以防塵、防潮 傳感器內電極表面不便經常清洗，應加以密封；用以防塵、防潮。 可在電極表面鍍以極薄的惰性金屬（如銠等）層，代替密封件起保護作用，可防塵、防濕、防腐蝕，并在高溫下可減少表面損耗、降低溫度系數(shù)。第70頁/共125頁719:09:59(2). 消除和減小邊緣效應 理想條件下，平行板電容器的電場均勻

27、分布于兩極板所圍成的空間，這僅是簡化電容量計算的一種假定。 當考慮電場的邊緣效應時，情況要復雜的多，邊緣效應的影響，第71頁/共125頁729:09:59邊緣效應邊緣效應 +-第72頁/共125頁739:09:59危害：靈敏度降低 產生非線性 第73頁/共125頁749:09:59等位環(huán) 結構 邊 緣 電 場均 勻 電 場33211、2 電極 3等位環(huán)第74頁/共125頁759:10:00(3) 消除和減小寄生電容的影響，防止和減少外界干擾。（a）屏蔽和接地 （b）增加初始電容值，降低容抗。（c）導線間分布電容有靜電感應，因此導線和導線要離得遠，線要盡可能短，最好成直角排列，若采用平行排列時可

28、采用同軸屏蔽線。（d）盡可能一點接地，避免多點接地 第75頁/共125頁769:10:00(4)差動技術的運用 減小非線性誤差提高傳感器靈敏度減小寄生電容的影響溫度、濕度等環(huán)境因素的影響第76頁/共125頁779:10:003.4.4 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；R2由引線電阻、極板電阻；和金屬支架電阻組成；C0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電容；R1是極間等效漏電阻，極板間的漏電損耗和介質損耗、極板與外界間的漏電損耗和介質損耗；第77頁/共125頁789:10:00低頻等效電路 傳感器電容的阻抗非常大，L和R2

29、的影響可忽略 等效電容Ce=C0+Cp， 等效電阻ReR1 R1是極間等效漏電阻第78頁/共125頁799:10:00高頻等效電路 電容的阻抗變小，L和R2的影響不可忽略，漏電的影響可忽略 ，其中Ce=C0+Cp，而ReR2 , R2由引線電阻、極板電阻和金屬支架電阻組成；R2CLRCjLjCje11第79頁/共125頁809:10:00LCCCe21由于電容傳感器電容量一般都很小，電源頻率即使采用幾兆赫，容抗仍很大，而R很小可以忽略，因此 此時電容傳感器的等效靈敏度為 2222)1 ()1/(LCkdLCCdCkgee當電容式傳感器的供電電源頻率較高時，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e，ke與傳

30、感器的固有電感（包括電纜電感）有關，且隨變化而變化。 第80頁/共125頁819:10:013.4.5 電容式傳感器測量電路 (1) 調頻電路(2) 運算放大器電路(3) 雙T型電橋電路(4) 脈寬調制電路第81頁/共125頁829:10:01(1) 調頻電路)(212101CCCCLLCfi測定頻率經測定頻率經鑒頻器將頻鑒頻器將頻率變化轉成率變化轉成電壓幅值的電壓幅值的變化，就可變化，就可測得被測量測得被測量的變化的變化第82頁/共125頁839:10:01當被測信號為零時，C=0，振蕩器有一個固有振蕩頻率f0，)(21010CCCLfi當被測信號不為零時，c0，此時頻率為 ffCCCCLf

31、i001)(21具有較高的靈敏度，可測至具有較高的靈敏度，可測至0.010.01mm級位移變化量級位移變化量易于用數(shù)字儀器測量，并與計算機通訊，抗干擾能力強易于用數(shù)字儀器測量，并與計算機通訊，抗干擾能力強 第83頁/共125頁849:10:01(2) 運算放大器式電路 ：能克服變極距型電容傳感器的非線性：能克服變極距型電容傳感器的非線性 Cx是傳感器電容C是固定電容u0是輸出電壓信號 運算放大器式電路原理圖第84頁/共125頁859:10:01由運算放大器工作原理可知 uj Cj CuCCuxx011 / ()/ ()dSCx/ ) (dSuCu 0假設放大器開環(huán)放大倍數(shù)A= ，輸入阻抗Zi=

32、 因此仍然存在一定的非線性誤差，但一般A和Zi足夠大，所以這種誤差很小。 第85頁/共125頁869:10:01(3)二極管雙T型電路 第86頁/共125頁879:10:01C2C1UERLR1R2i1i2+若將二極管理想化，則正半周時，若將二極管理想化，則正半周時，VDVD1 1導通、導通、VDVD2 2截止截止，電容，電容C C1 1被以極短的時間充電至被以極短的時間充電至U UE E ，電容，電容C C2 2的電壓初的電壓初始值為始值為 U UE E ，電源經，電源經R R1 1以以i i1 1向向R RL L供電，而電容供電，而電容C C2 2經經R R2 2、R RL L放電，流過放

33、電，流過R RL L 的放電電流為的放電電流為i i2 2，流過，流過R RL L 的總電流的總電流i iL L為為i i1 1 和和i i2 2的代數(shù)和。的代數(shù)和。 第87頁/共125頁889:10:01UE+i2 R1R2C1C2RL+i1 在負半周時，二極管在負半周時，二極管DD2 2導通、導通、DD1 1截止，電容截止，電容C C2 2很快被很快被充電至電壓充電至電壓U UE E；電源經電阻；電源經電阻R R2 2以以i i2 2 向負載電阻向負載電阻R RL L供電，供電，與此同時，電容與此同時，電容C C1 1經電阻經電阻R R1 1、負載電阻、負載電阻R RL L 放電，流過放電

34、，流過R RL L 的放電電流為的放電電流為i i1 1 。流過。流過R RL L的總電流的總電流i iL L 為為i i1 1 和和i i2 2 的代的代數(shù)和。數(shù)和。 第88頁/共125頁899:10:01 210CCUfKUE第89頁/共125頁909:10:02線路簡單，可全部放在探頭內，大大縮短了電容引線、減小了分布電容的影響；電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定；適用于具有線性特性的單組式和差動式電容式傳感器 。第90頁/共125頁919:10:02 利用對傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化，通過低通濾波器就能得到對應被測量變化的直流信號 。(4

35、). 差動脈沖調寬電路第91頁/共125頁929:10:02循環(huán)工作C2通過VD2迅速放電至零！C1通過VD1迅速放電至零！第92頁/共125頁939:10:03平均值 =0第93頁/共125頁949:10:0412121121212110UTTTTUTTTUTTTUUUBA第94頁/共125頁959:10:04C1、C2的充電時間：TR CUUUr11111lnTR CUUUr22211lnUr：觸發(fā)器的參考電壓 設R1=R2=R，則得： 121210UCCCCU：第95頁/共125頁969:10:04設電容C1和C2的極間距離和面積分別為d1、d2和S1、S2 差動變極距型差動變面積型 1

36、12120UddddU112210USSSSU特性：差動脈沖調寬電路能適用于任何差動特性：差動脈沖調寬電路能適用于任何差動式電容式傳感器并具有理論上的線性特性式電容式傳感器并具有理論上的線性特性 dddddd2110UddUSSSSSS2110USSU第96頁/共125頁979:10:04采用直流電源，其電壓穩(wěn)定度高不存在穩(wěn)頻、波形純度的要求也不需要相敏檢波與解調等經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也不高第97頁/共125頁989:10:043.4.6 電容式傳感器的應用 (1) 電容式差壓傳感器(2) 電容式加速度傳感器(3) 電容式振動位移傳感器第98頁/共125頁99

37、9:10:04P2玻璃盤鍍金層金屬膜片C2電極引線p1C1 第99頁/共125頁1009:10:05高壓側進氣口低壓側進氣口電子線路位置內部不銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器電容式差壓變送器 第100頁/共125頁1019:10:05各種電容式差壓變送器外形 第101頁/共125頁1029:10:05第102頁/共125頁1039:10:05231B 面A 面546Cx1Cx21、5 固定極板 2殼體 3簧片 4 質量塊 6 絕緣體 精度較高，頻率響應范圍寬，量程大，可以測很高的加速度 第103頁/共125頁1049:10:05第104頁/共125頁1059:10:05技術指標：靈敏度：500m

38、V/g ，量程：10g，頻率范圍：0.5-2000Hz，安裝諧振點:8kHz ，分辨力：0.00004g ， 重量：200g ，安裝螺紋：M5 mm ，線性誤差：1% 第105頁/共125頁1069:10:05 1 加速度測試單元 2 信號處理電路 3 襯底 4 底層多晶硅（下電極） 5 多晶硅懸臂梁 6 頂層多晶硅（上電極）第106頁/共125頁1079:10:05第107頁/共125頁1089:10:06a)a)測振幅被測物振動電容式傳感器被測軸電容式傳感器第108頁/共125頁1099:10:06電荷平衡式位移傳感器 0RMMRCVCVRRMMCVCV可變電壓VM與測頭的位置成比例 已在

39、類似于孔徑測量儀等便攜式測量工具中應用。第109頁/共125頁1109:10:06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體的液位 差壓變送器差壓變送器施加在高壓側腔體內的壓力與液位成正比： p = g h第110頁/共125頁1119:10:06電容差壓變送器用電容差壓變送器用于測量液體的液位于測量液體的液位 投入式水位計第111頁/共125頁1129:10:06電容式液位計電容式液位計 棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當被測液體的液面上升時，引起棒狀電極與導電液體之間的電容變大。 第112頁/共125頁1139:10:06電容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器

40、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，而是給出開關量。當液位到達設定值時，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號。第113頁/共125頁1149:10:06液位限位傳感器的設定液位限位傳感器的設定 智能化液位傳感器的設定方法十分簡單： 用手指壓住設定按鈕，當液位達到設定值時，放開按鈕，智能儀器就記住該設定。正常使用時，當水位高于該點后，即可發(fā)出報警信號和控制信號。第114頁/共125頁1159:10:06智能化液位限位傳感器的設定按鈕智能化液位限位傳感器的設定按鈕超限燈正常工作指示燈設定按鈕電源指示燈第115頁/共125頁1169:10:06加速度傳感器在汽車中的應用加速

41、度傳感器在汽車中的應用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當測得的負加速度值超過設定值時，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，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。 裝有傳感器的假人氣囊第116頁/共125頁1179:10:06汽車氣囊的保護作用汽車氣囊的保護作用 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 第117頁/共125頁1189:10:06利用加速度傳感器實現(xiàn)利用加速度傳感器實現(xiàn) 延時延時起爆的鉆地炸彈起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置第118頁/共125頁1199:10:06 利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳

42、感器的介質，在其兩側面鍍上多孔性電極。當相對濕度增大時，吸濕性介質吸收空氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質相對介電常數(shù)大為增加（水的相對介電常數(shù)為80），所以電容量增大。 第119頁/共125頁1209:10:06濕敏電容濕敏電容外形外形吸水高分子薄膜第120頁/共125頁1219:10:06濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容模塊及傳感器外形第121頁/共125頁1229:10:06濕敏電容傳感器的安裝使用濕敏電容傳感器的安裝使用帶報警器的家庭使用型第122頁/共125頁1239:10:06指紋識別指紋識別n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

43、第二代指紋識別系統(tǒng)。它的優(yōu)點是體積小、成本低，第二代指紋識別系統(tǒng)。它的優(yōu)點是體積小、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小，因此非常適合在消費類電子產品中使用。類電子產品中使用。n右圖為指紋經過處理后的右圖為指紋經過處理后的成像圖：成像圖：第123頁/共125頁1249:10:06 指紋識別所需電容傳感器包含一個大約有數(shù)萬個金屬指紋識別所需電容傳感器包含一個大約有數(shù)萬個金屬導體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當用戶的手指放導體的陣列，其外面是一層絕緣的表面，當用戶的手指放在上面時，金屬導體陣列在上面時，金屬導體陣列/ /絕緣物絕緣物/ /皮膚就構成了相應的小皮膚就構成了相應的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠的）電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠的）與金屬導體之間的距離不同而變化。與金屬導體之間的距離不同而變化。第124頁/共125頁1259:10:06感謝您的觀看！第125頁/共125頁