电容传感器(第八章)教材课件

第八章第八章 电容传感器电容传感器主要内容：主要内容：8.18.1电容传感器原理与类型电容传感器原理与类型 8.28.2电容传感器输出特性电容传感器输出特性 8.38.3电容传感器测量电路电容传感器测量电路 8.48.4电容传感器的应用举例电容传感器的应用举例 1电容式接近开关电容式接近开关电容式指纹传感器电容式指纹传感器电容式变送器电容式变送器差压传感器各种电容式传感器各种电容式传感器概述概述 2 传统电容式传感器主要用于位移、振动、角传统电容式传感器主要用于位移、振动、角度、加速度等机械量精密测量及压力、压差、度、加速度等机械量精密测量及压力、压差、液面、成份含量等方面的测量。液面、成份含量等方面的测量。电容式传感器的特点是：电容式传感器的特点是：电容器容量小几十几百微法，具有高输出阻抗电容器容量小几十几百微法，具有高输出阻抗电容器容量小几十几百微法，具有高输出阻抗电容器容量小几十几百微法，具有高输出阻抗;静电引力小（极板间），工作所需作用力很小；静电引力小（极板间），工作所需作用力很小；静电引力小（极板间），工作所需作用力很小；静电引力小（极板间），工作所需作用力很小；可动质量小可动质量小可动质量小可动质量小,具有高的固有频率动态响应特性好；具有高的固有频率动态响应特性好；具有高的固有频率动态响应特性好；具有高的固有频率动态响应特性好；功率小，本身发热影响小；功率小，本身发热影响小；功率小，本身发热影响小；功率小，本身发热影响小；可以进行非接触测量。可以进行非接触测量。可以进行非接触测量。可以进行非接触测量。38.1 电容传感器工作原理和类型电容传感器工作原理和类型 v 电容式传感器是将被测非电量变化成电容量的变化，电容式传感器是将被测非电量变化成电容量的变化，电容传感器工作原理可以用平板电容说明：电容传感器工作原理可以用平板电容说明：改变式中改变式中 S S 极板面积，称变面积型传感器极板面积，称变面积型传感器 极板距离，称变极距型传感器极板距离，称变极距型传感器 介电常数，称变介质型传感器介电常数，称变介质型传感器 真空介电常数真空介电常数 相对介电常数，相对介电常数，无介质时空气介质无介质时空气介质 r r =1=1456变介质型传感器变介质型传感器78.2 8.2 电容传感器输出特性电容传感器输出特性 1 1、变极距型（、变极距型（）初始电容初始电容 当当 减小减小 时电容时电容C C增加增加 C0 C CC8电容相对变化电容相对变化 当当 时，用泰勒级数展开时，用泰勒级数展开 忽略高次项忽略高次项v 传感器灵敏度传感器灵敏度9讨论：讨论：要提高传感器灵敏度要提高传感器灵敏度要提高传感器灵敏度要提高传感器灵敏度 K K 应减小初始极距应减小初始极距应减小初始极距应减小初始极距 ，但初始极距受电容击穿电压限制；但初始极距受电容击穿电压限制；但初始极距受电容击穿电压限制；但初始极距受电容击穿电压限制；非线性随相对的位移非线性随相对的位移非线性随相对的位移非线性随相对的位移 的增加而增加的增加而增加的增加而增加的增加而增加,为保证为保证为保证为保证 线性度应限制相对位移；线性度应限制相对位移；线性度应限制相对位移；线性度应限制相对位移；起始极距与灵敏度相矛盾，变极距型电容传感器起始极距与灵敏度相矛盾，变极距型电容传感器起始极距与灵敏度相矛盾，变极距型电容传感器起始极距与灵敏度相矛盾，变极距型电容传感器 适合测小位移；适合测小位移；适合测小位移；适合测小位移；为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结 构。构。构。构。10由分析可以看出，在由分析可以看出，在 较小时，对于同样的较小时，对于同样的 变化变化所引起的所引起的C C可以增大，从而使传感器灵敏度提高。但可以增大，从而使传感器灵敏度提高。但 过小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采过小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料（云母、用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质塑料膜等）作介质,放置云母片的电容器放置云母片的电容器11此时电容此时电容C C变为变为 式中：式中：g云母的相对介电常数，云母的相对介电常数，g=7；0空气的介电常数，空气的介电常数，0=1；0空气隙厚度；空气隙厚度；g云母片的厚度。云母片的厚度。云母片的相对介电常数是空气的云母片的相对介电常数是空气的7 7倍，其击穿电压不小于倍，其击穿电压不小于1000 1000 kV/mmkV/mm，而空气仅为，而空气仅为3 kV/mm3 kV/mm。因此有了云母片，极板间起始距。因此有了云母片，极板间起始距离可大大减小。同时，式中的离可大大减小。同时，式中的g g/0 0g g项是恒定值，项是恒定值，它能使它能使传感器的输出特性的线性度得到改善。传感器的输出特性的线性度得到改善。12设设设设C C C C1 1 1 1增加，增加，增加，增加，C C C C2 2 2 2减小，且减小，且减小，且减小，且C1=C2 C1=C2 C1=C2 C1=C2 差动式结构差动式结构 上静片上静片下静片下静片动动片片差动结构的电容特征方程式为：差动结构的电容特征方程式为：差动结构的电容特征方程式为：差动结构的电容特征方程式为：电容的总的变化量电容的总的变化量13电容特征方程忽略高次项为：电容特征方程忽略高次项为：电容特征方程忽略高次项为：电容特征方程忽略高次项为：传感器（差动式）灵敏度传感器（差动式）灵敏度 相对非线性误差为相对非线性误差为 结论：结论：差动式电容传感器比单个电容灵敏度提高一倍；差动式电容传感器比单个电容灵敏度提高一倍；非线性误差减小（多乘非线性误差减小（多乘 因子）。因子）。14 2 2、变面积型（变面积型（S S）平平板板电电容容：当当动动极极板板移移动动X X后两极板间电容量为：后两极板间电容量为：初始电容初始电容:电容的相对变化量电容的相对变化量:v 平板变面积型电容传感器灵敏度平板变面积型电容传感器灵敏度结论：结论：变面积式电容传感器灵敏度变面积式电容传感器灵敏度K为常数；为常数；输出特性为线性；输出特性为线性；适合大位移测量。适合大位移测量。15 3 3、变介电常数式（、变介电常数式（）当某种介质在两固定极板之间运动时，当某种介质在两固定极板之间运动时，电容量与介质参数之间的关系为：电容量与介质参数之间的关系为：d 动动片片变介电常数式电容传感器分几种情况：变介电常数式电容传感器分几种情况：测介电常数测介电常数 （粮仓、木材湿度）（粮仓、木材湿度）测介质厚度测介质厚度 d(d(纸张、薄膜厚度）纸张、薄膜厚度）16 d d为介质的厚度，为介质的厚度，d d、S S保持不变，保持不变，改变改变 ，可作为介电常数的测试仪器。，可作为介电常数的测试仪器。介电常数介电常数 保持不变，保持不变，S S和和一定，一定，改变介质厚度改变介质厚度 d d，可作为测厚仪器。，可作为测厚仪器。17电容式液位变换器结构原理图电容式液位变换器结构原理图18设被测介质的介电常数为设被测介质的介电常数为1 1，液面高度为，液面高度为h h,变换器总变换器总高度为高度为H H，内筒外径为，内筒外径为d d，外筒内径为，外筒内径为D D，此时变换器电，此时变换器电容值为容值为 式中：式中：空气介电常数；空气介电常数；C C0 0由变换器的基本尺寸决定的初始电容值由变换器的基本尺寸决定的初始电容值,即即 由式可见，此变换器的电容增量正比于被测液位高度由式可见，此变换器的电容增量正比于被测液位高度h h。198.3 8.3 测量量电路路 1.1.电容传感器的等效电路电容传感器的等效电路 电容式传感器被当作纯电容来看待，这在大多数情电容式传感器被当作纯电容来看待，这在大多数情况下是允许的。但是在高温、高湿和高频激励条件下，况下是允许的。但是在高温、高湿和高频激励条件下，则需考虑附加损耗及电感效应等因素的影响。则需考虑附加损耗及电感效应等因素的影响。C C为传感器的电容，为传感器的电容，RPRP为并联损耗电阻，为并联损耗电阻，RSRS为串联损为串联损耗电阻，耗电阻，L L为电感，为电感，CPCP为寄生电容。为寄生电容。20 并联损耗电阻并联损耗电阻R RP P代表极板间的泄漏电阻和极板间的代表极板间的泄漏电阻和极板间的介质损耗，这些损耗通常在低频时的影响较大，随着频介质损耗，这些损耗通常在低频时的影响较大，随着频率的增高，其影响也相应减弱直至可以忽略不计。率的增高，其影响也相应减弱直至可以忽略不计。串联损耗电阻串联损耗电阻R RS S代表引线电阻，电容器支架和极板代表引线电阻，电容器支架和极板的电阻，只有在工作频率很高时，才要加以考虑。的电阻，只有在工作频率很高时，才要加以考虑。电感电感L L是由电容器本身的电感和外部引线的电感所是由电容器本身的电感和外部引线的电感所组成。电容器本身的电感与电容器的结构形式有关，引组成。电容器本身的电感与电容器的结构形式有关，引线电感则与引线长度有关，引线越短，电感越小。线电感则与引线长度有关，引线越短，电感越小。寄生电容寄生电容C CP P主要指电缆寄生电容，它与传感器电容主要指电缆寄生电容，它与传感器电容C C相并联。电容式传感器一般电容量都很小，属于小功相并联。电容式传感器一般电容量都很小，属于小功率、高阻抗器件，极易受外界干扰。寄生电容比电容传率、高阻抗器件，极易受外界干扰。寄生电容比电容传感器的电容大几倍至几十倍，且具有随机性，严重影响感器的电容大几倍至几十倍，且具有随机性，严重影响传感器的输出特性。因此消灭寄生电容的影响，是电容传感器的输出特性。因此消灭寄生电容的影响，是电容式传感器实用化的关键。式传感器实用化的关键。21v用金属屏蔽罩屏蔽电容转换元件，消除静电场和交变磁场；用金属屏蔽罩屏蔽电容转换元件，消除静电场和交变磁场；v前级紧靠转换元件或装在同一壳体内，避免信号长距离传输；前级紧靠转换元件或装在同一壳体内，避免信号长距离传输；v驱动电缆技术，驱动电缆技术是一种等电位屏蔽法。驱动电缆技术，驱动电缆技术是一种等电位屏蔽法。原原理理是是：连连接接电电缆缆采采用用双双层层屏屏蔽蔽，内内屏屏蔽蔽与与被被屏屏蔽蔽的的导导线线的的电电位位相相同同。（跟跟随随器器）使使传传输输电电缆缆与与内内屏屏蔽蔽层层等等电电位位，屏屏蔽蔽线线上上有有随随传传感感器器信信号号变变化化的的电电压压，所所以以称称（驱驱动动电电缆缆），从从而而消消除除芯芯线线对对内内层层屏屏蔽蔽层层的的容容性性漏漏电电从从而而消消除除寄寄生生电电容容的的影影响响。内内外外屏屏蔽蔽之之间间的的电电容容是是放放大大器器负负载载。这这一一方方法法可可在在10M10M距距离离不不影影响响传传感感器器性性能能，保保证证电电容容1pF1pF时时也也能能正正常常工工作作。可可提高电容传感器的稳定性。提高电容传感器的稳定性。222.2.电桥电路电桥电路 由电容转换元件组成的变压器式交流电桥测量系统。由电容转换元件组成的变压器式交流电桥测量系统。单臂时，传感器单臂时，传感器C C邻臂接一个固定电容邻臂接一个固定电容C C0 0与之相匹配；与之相匹配；差动形式传感器差动形式传感器 是两个桥臂是两个桥臂 交流电桥的输出电压为：交流电桥的输出电压为：代入：代入：23极板在中间位置时极板在中间位置时动片上移时电容变化动片上移时电容变化v 输出电压与输入位移成理想线性关系输出电压与输入位移成理想线性关系243、运算放大器式电路运算放大器式电路 由由于于运运算算放放大大器器的的放放大大倍倍数数非非常常大大，而而且且输输入入阻阻抗抗Zi很很高高,运运算算放放大大器器的的这这一一特特点点可可以以作作为为电电容容式式传传感感器器的的比比较较理理想想的的测测量量电电路路。图图中中Cx为为电电容容式式传传感感器器电电容容；Ui是是交交流流电电源源电电压压;Uo是是输出信号电压输出信号电压;是虚地点。是虚地点。由运算放大器工作原理可得由运算放大器工作原理可得.25如果传感器是一只平板电容，则如果传感器是一只平板电容，则Cx=S/d，可，可得得 式式中中“-”号号表表示示输输出出电电压压Uo的的相相位位与与电电源源电电压压反反相相。式式子子说说明明运运算算放放大大器器的的输输出出电电压压与与极极板板间间距距离离d成成线线性性关关系系。运运算算放放大大器器式式电电路路虽虽解解决决了了单单个个变变极极板板间间距距离离式式电电容容传传感感器器的的非非线线性性问问题题，但但要要求求Zi及及放放大大倍倍数数足足够够大大。为为保保证证仪仪器器精精度度，还还要求电源电压要求电源电压Ui的幅值和固定电容的幅值和固定电容C值稳定。值稳定。.264、二极管双二极管双T形交流电桥形交流电桥 e是是高高频频电电源源，它它提提供供了了幅幅值值为为U的的对对称称方方波波，VD1、VD2为为特特性性完完全全相相同同的的两两只只二二极极管管，固固定定电电阻阻R1=R2=R，C1、C2为为传传感感器的两个差动电容。器的两个差动电容。27 当当传传感感器器没没有有输输入入时时，C1=C2。其其电电路路工工作作原原理理如如下下：当当e为为正正半半周周时时，二二极极管管VD1导导通通、VD2截截止止，于于是是电电容容C1充充电电，其其等等效效电电路路如如图图（b）所所示示；在在随随后后负负半半周周出出现现时时，电电容容C1上上的的电电荷荷通通过过电电阻阻R1，负负载载电电阻阻RL放放电电，流流过过RL的的电电流流为为I1。当当e为为负负半半周周时时，VD2导导通通、VD1截截止止，则则电电容容C2充充电电，其其等等效效电电路路如如图图（c）所所示示；在在随随后后出出现现正正半半周周时时，C2通通过过电电阻阻R2，负负载载电电阻阻RL放放电电，流流过过RL的的电电流流为为I2。根根据据上上面面所所给给的的条条件件，则则电电流流I1=I2，且方向相反，在一个周期内流过且方向相反，在一个周期内流过RL的平均电流为零。的平均电流为零。若若传传感感器器输输入入不不为为0，则则C1C2,I1I2,此此时时在在一一个个周周期期内内通通过过RL上上的的平平均均电电流流不不为为零零，因因此此产产生生输输出出电电压压，输输出出电电压压在在一一个周期内平均值个周期内平均值为为 式中式中,f为电源频率。为电源频率。28则式子可改写为则式子可改写为 可可知知，输输出出电电压压Uo不不仅仅与与电电源源电电压压幅幅值值和和频频率率有有关关，而而且且与与T形形网网络络中中的的电电容容C1和和C2的的差差值值有有关关。当当电电源源电电压压确确定定后后，输输出出电电压压Uo是是电电容容C1和和C2的的函函数数。该该电电路路输输出出电电压压较较高高，当当电电源源频频率率为为1.3 MHz，电电源源电电压压U=46V时时，电电容容在在-77pF变变化化，可可以以在在1M负负载载上上得得到到-55V的的直直流流输输出出电电压压。电电路路的的灵灵敏敏度度与与电电源源电电压压幅幅值值和和频频率率有有关关，故故输输入入电电源源要要求求稳稳定定。当当U幅幅值值较较高高，使使二二极极管管VD1、VD2工工作作在在线线性性区区域域时时，测测量量的的非非线线性性误误差差很很小小。电电路路的的输输出出阻阻抗抗与与电电容容C1、C2无无关关，而而仅仅与与R1、R2及及RL有有关关，约约为为1100k。输输出出信信号号的的上上升升沿沿时时间间取取决决于于负负载载电电阻阻。对对于于1 k的的负负载载电电阻阻上上升升时时间间为为20s左左右右，故故可可用用来来测测量量高高速速的的机机械械运动。运动。295、脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路 脉冲宽度调制电路图脉冲宽度调制电路图 30脉冲宽度调制电路电压波形脉冲宽度调制电路电压波形 31式中：式中：U1触发器输出高电平；触发器输出高电平；T1、T2Cx1、Cx2充电至充电至Ur时所需时间。时所需时间。由电路知识可知由电路知识可知 将将T1、T2代入得代入得 32把平行板电容的公式代入式子，在变极板距离的情况下可得把平行板电容的公式代入式子，在变极板距离的情况下可得 式中式中,d1、d2分别为分别为Cx1、Cx2极板间距离。极板间距离。当当差差动动电电容容Cx1=Cx2=C0，即即d1=d2=d0时时，Uo=0；若若Cx1Cx2，设设Cx1 Cx2，即，即d1=d0-d,d2=d0+d,则有则有 33同样，同样，在变面积电容传感器中，在变面积电容传感器中，则有则有 由由此此可可见见，差差动动脉脉宽宽调调制制电电路路适适用用于于变变极极板板距距离离以以及及变变面面积积差差动动式式电电容容传传感感器器，并并具具有有线线性性特特性性，且且转转换换效效率率高高，经经过过低低通通放放大大器器就就有有较较大大的的直直流流输输出出，调调宽宽频频率率的的变变化化对对输输出出没没有有影响。影响。346 6调频电路调频电路调调频频测测量量电电路路把把电电容容传传感感器器作作为为振振荡荡器器谐谐振振回回路路的的一一部部分分，当当输输入入被被测测信信号号使使电电容容发生变化时，振荡器的振荡频率发生变化。发生变化时，振荡器的振荡频率发生变化。由由于于系系统统是是非非线线性性的的，必必须须加加入入鉴鉴频频器器将将频率变化转化换为电压的变化。频率变化转化换为电压的变化。调调频频电电容容传传感感器器测测量量电电路路具具有有较较高高的的灵灵敏敏度度，可可以以测测量量高高至至0.01m0.01m级级位位移移变变化化量量。信信号号的的输输出出频频率率易易于于用用数数字字仪仪器器测测量量，并并与与计计算算机机通通讯讯，抗抗干干扰扰能能力力强强，可可以以发发送送、接接收收，以以达达到到遥测遥遥测遥控的目的。控的目的。358.48.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 电容器的容量受三个因素影响，即：极距电容器的容量受三个因素影响，即：极距x、相对面积相对面积A 和极间介电常数和极间介电常数 。固定其中两个变。固定其中两个变 量，量，电容量电容量C 就是另一个变量的一元函数。只要想办就是另一个变量的一元函数。只要想办法将被测非电量转换成极距或者面积、介电常数法将被测非电量转换成极距或者面积、介电常数的变化，就可以通过测量电容量这个电参数来达的变化，就可以通过测量电容量这个电参数来达到非电量电测的目的。到非电量电测的目的。36一、电容式液位计一、电容式液位计 棒状电极（金属管）外棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间起棒状电极与导电液体之间的电容变大。的电容变大。聚四氟乙烯外套聚四氟乙烯外套37 38电容式液位限位传感器电容式液位限位传感器 液位限位传感器与液液位限位传感器与液位变送器的区别在于：它位变送器的区别在于：它不给出模拟量，而是给出不给出模拟量，而是给出开关量。当液位到达设定开关量。当液位到达设定值时，它输出低电平。也值时，它输出低电平。也可以选择输出为高电平的可以选择输出为高电平的型号。型号。39液位限位传感器液位限位传感器的设定的设定 智能化液位传感器的设智能化液位传感器的设定方法十分简单：定方法十分简单：用手指压住设定按钮，用手指压住设定按钮，当液位达到设定值时，放开当液位达到设定值时，放开按钮，智能仪器就记住该设按钮，智能仪器就记住该设定。正常使用时，当水位高定。正常使用时，当水位高于该点后，即可发出报警信于该点后，即可发出报警信号和控制信号。号和控制信号。设定按钮设定按钮40智能化液位限位传感器的设定按钮智能化液位限位传感器的设定按钮超限灯超限灯正常工作正常工作指示灯指示灯设定按钮设定按钮电源电源 指示灯指示灯41二、硅微加工加速度传感器二、硅微加工加速度传感器 图示加速度传感器以微细图示加速度传感器以微细加工技术为基础，既能测量交加工技术为基础，既能测量交变加速度（振动），也可测量变加速度（振动），也可测量惯性力或重力加速度。其工作惯性力或重力加速度。其工作电压为电压为2.72.75.25V5.25V，加速度测加速度测量范围为数个量范围为数个g g，可输出与加可输出与加速度成正比的电压也可输出占速度成正比的电压也可输出占空比正比于加速度的空比正比于加速度的PWM 脉脉冲。冲。42硅微加工加速度传感器原理硅微加工加速度传感器原理 1 1加速度测试单元加速度测试单元 2 2信号处理电路信号处理电路 3 3衬底衬底 4 4底层多晶硅（下电极）底层多晶硅（下电极）5 5多晶硅悬臂梁多晶硅悬臂梁 6 6顶层多晶硅（上电极）顶层多晶硅（上电极）43 利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结 构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C C1 1、C C2 2。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相当于悬臂梁。当于悬臂梁。当它感受到上下振动时，当它感受到上下振动时，C C1 1、C C2 2呈差动变化。与加速度测呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将C C 转换成直流输转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达达1kHz1kHz以上，允许加速度范围可达以上，允许加速度范围可达10g 10g 以上以上。如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。器，就可以测量三维方向的振动或加速度。44加速度传感器在汽车中的应用加速度传感器在汽车中的应用 加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，得的负加速度值超过设定值时，微处理器微处理器据此判断发生了碰据此判断发生了碰 撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。装有传感装有传感器的假器的假人人气囊气囊45利用加速度传感器实现利用加速度传感器实现 延时起爆的钻地炸弹延时起爆的钻地炸弹传感器安装位置传感器安装位置4647三、湿敏电容三、湿敏电容 利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水的相对介电常数为大为增加（水的相对介电常数为8080），所以电），所以电容量增大。容量增大。48湿敏电容湿敏电容外形外形吸水高分子薄膜吸水高分子薄膜49湿敏电容模块及传感器外形湿敏电容模块及传感器外形50湿敏电容传感器的安装使用湿敏电容传感器的安装使用在野外的使用在野外的使用带带报警器的家庭使用型报警器的家庭使用型51多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形 52四、电容式油量表四、电容式油量表 机械式油量表：机械式油量表：在油箱内，装在油箱内，装有类似卫生间水箱有类似卫生间水箱里的浮球，通过杠里的浮球，通过杠杆带动电阻丝式圆杆带动电阻丝式圆盘电位器，由电流盘电位器，由电流表指示出油量。表指示出油量。53电容式油量表电容式油量表 当当油油箱箱中中注注满满油油时时，液液位位上上升升，指指针针停停留留在在转转角角为为 m处处。当当油油箱箱中中的的油油位位降降低低时时，电电容容传传感感器器的的电电容容量量Cx减减小小，电电桥桥失失去去平平衡衡，伺伺服服电电动动机机反反转转，指指针针逆逆时时针针偏偏转转（示示值值减减小小），同同时时带带动动RP的的滑滑动动臂臂移移动动。当当RP阻阻值值达达到到一一定定值值时时，电电桥桥又又达达到到新新的的平平衡衡状状态态，伺伺服服电电动动机机停停转转，指指针针停停留留在在新新的的位位置置（x 处）。处）。该油量该油量表属于开环表属于开环系统还是闭系统还是闭环系统？环系统？5455 上上页页所示的油量表在倾斜状态时可所示的油量表在倾斜状态时可以使用吗？为什么？以使用吗？为什么？该油量该油量表可用于表可用于飞机油箱飞机油箱56五、电容式接近开关五、电容式接近开关 被检测物体可以是导电体、介质损耗被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人体等）体等）；可以是接地的，也可以是不接地；可以是接地的，也可以是不接地的。的。调节接近开关尾部的灵敏度调节电位调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。器，可以根据被测物不同来改变动作距离。57电容式接近开关外形电容式接近开关外形齐平式齐平式非齐平式非齐平式58全全密封防水密封防水式式远距离式（大量程）远距离式（大量程）59电容式接近开关在液位测量控制中的使用电容式接近开关在液位测量控制中的使用60 电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示61六、电容式差压变送器六、电容式差压变送器 高压侧高压侧进气口进气口低压侧低压侧进气口进气口电子电子线路线路位置位置内部不锈钢膜片的位置内部不锈钢膜片的位置6263各种电容式差各种电容式差压变送器外形压变送器外形 64各种电容式压力变送器外形各种电容式压力变送器外形法兰法兰65各种电容式压力变送器外形（续）各种电容式压力变送器外形（续）66结构：结构：（金属弹性膜片）（金属弹性膜片）动片；两个玻璃球面上镀有金属动片；两个玻璃球面上镀有金属定片；定片；膜片左右两侧充满硅油。膜片左右两侧充满硅油。工作过程：当两室分别承受低压（工作过程：当两室分别承受低压（PLPL）和高压（）和高压（PHPH）时，）时，硅油能将压差传递到测量膜片，硅油能将压差传递到测量膜片，当当PH=PLPH=PL时，膜片处于中间位置，时，膜片处于中间位置，C1=C2C1=C2；当有差压作用时，测量膜片产生形变：当有差压作用时，测量膜片产生形变：PH PLPH PL时，膜片时，膜片PLPL向弯曲，向弯曲，C1C2C1C2，PH PLPH C2C1C2；将这种电容变化通过将这种电容变化通过 电路转换为电压变化电路转换为电压变化 电容式压力传感器电容式压力传感器67电电容容测测厚厚仪仪用用于于测测量量金金属属带带材材在在轧轧制制过过程程中中的的厚厚度度变化。变化。带带材材是是电电容容的的动动极极板板，总电容总电容C1+C2C1+C2作为桥臂。作为桥臂。带带 材材 只只 是是 上上 下下 波波 动动 时时CxCx=C1+C2=C1+C2总总的的电电容容量量不不变变；带带材材的的厚厚度度变变化化使使电电容容CxCx变化。变化。变压器式输出电桥。变压器式输出电桥。或用运放电路或用运放电路 输出为：输出为：七、电容板材在线测厚仪七、电容板材在线测厚仪6869