电工学5电容式传感器与压电式

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1、第五章、电容式传感器5.1电容式传感器变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器,它的电容量为:+++Aδ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。5.电容式传感器a)极距δ变化型++++++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、性能优越、使用方便。5.电容式传感器b)面积变化型角位移型+++5.电容式传感器平面线位移型5.电容式传感器柱面线位移型.5.电容式传感器产品.陶瓷电容压力传感器液体压力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生

2、位移。压力变送器5.电容式传感器c)介质变化型5.电容式传感器产品.电容式液位传感器（液位计/料位计）5.电容式传感器电容式接近开关振荡电路被测物体感应电极被测电容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，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。5.电容式传感器5.电容式传感器5.2测量电路a)电桥电路5.电容式传感器（b）调频电路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，或作为晶体振荡器中的石英晶体的负载电容。当电容传感

3、器工作时，电容Cx发生变化，使振荡器的频率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C／f的变换，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：式中L——振荡回路电感；C——振荡回路总电容。C包括传感器电容Cx、谐振回路中的微调电容C1和传感器电缆分布电容Cc，即C＝Cx+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b)调频电路-谐振电路5.电容式传感器5.电容式传感器b)调频电路-运算放大器电路(c)

4、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。初始状态：A＝Q＝高电位，B＝Q(－)＝低电位电容C1与C2的充放电时间由C1、C2的时间常数决定，也就是说，PWM的输出是一个宽度受电容C1和C2控制的方波信号，C1、C2的变化将引起输出方波正负时间比。1．工作原理参见教材P54，图5-4（电路分析）2．测量原理经低通滤波后，输出电压（平均电压）：式中：T1、T2：电容C1与C2的充电至UC需要的时间，即A、B点的脉冲宽度

5、，由电容C1与C2的大小决定，且C∝T；u1：触发器输出的高电位。时，常数当从上面的推导可以看出，PWM的输出与电容差成正比，且极性由决定。PWM的优点：⑴PWM的输出与输入成线性关系（无论电容传感器本身的线性与否）；⑵只需经过低通滤波，无需解调即可得到直流输出。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Cx＝C1+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

6、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：动手做：观察你计算机上使用的麦克风，并用它测量你自己的声音，绘出频谱。5.电容式传感器