【正文】 d2= d0；則： 120112ddUUdd???010dUUd??武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 1．電容式接近開關(guān) 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 齊平式 非齊平式 電容式接近開關(guān)外形 非齊平式 接近開關(guān)的安裝 非齊平式安裝時(shí) ， 傳感器高于安裝支架 ， 易損壞 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式接近開關(guān)在液位測(cè)量控制中的使用 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式接近開關(guān)在物位測(cè)量控制中的使用演示 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 圖示為電容開關(guān)在工程中的一個(gè)應(yīng)用 。 要求對(duì)某個(gè)工件進(jìn)行加工 ， 工件用夾具固定在移動(dòng)工作臺(tái)上 ， 工作臺(tái)由一個(gè)主電機(jī)拖動(dòng) ， 作來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng) ， 刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。 現(xiàn)用兩個(gè)電容開關(guān)來(lái)決定工作臺(tái)何時(shí)換向 。 當(dāng) “ A”號(hào)傳感器有輸出信號(hào)時(shí) ， 使主電機(jī)停止反轉(zhuǎn) ， 同時(shí) ， 接通其正轉(zhuǎn)電路 ， 從而使工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)；當(dāng) “ B” 號(hào)傳感器有輸出信號(hào)時(shí) ， 使主電機(jī)停止正轉(zhuǎn) ， 同時(shí) ， 接通其反轉(zhuǎn)電路 ， 從而使工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng) 。 這樣 ， 就實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的行程限位 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 當(dāng)油箱中注滿油時(shí) ， 液位上升 ， 指針停留在轉(zhuǎn)角為 ?m處 。 當(dāng)油箱中的油位降低時(shí) ， 電容傳感器的電容量 Cx減小 ， 電橋失去平衡 ，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) ， 指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn) （ 示值減小 ） ， 同時(shí)帶動(dòng) RP的滑動(dòng)臂移動(dòng) 。 當(dāng) RP阻值達(dá)到一定值時(shí) ， 電橋又達(dá)到新的平衡狀態(tài) ，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) ， 指針停留在新的位置 （ ? x 處 ） 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式液位計(jì) 棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變大。 聚四氟乙烯外套 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 高壓側(cè)進(jìn)氣口 低壓側(cè)進(jìn)氣口 電子線路位置 內(nèi)部不銹鋼膜片的位置 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1—高壓側(cè)進(jìn)氣口 2—低壓側(cè)進(jìn)氣口 3—過濾片 4—空腔 5—柔性不銹鋼波紋隔離膜片 6—導(dǎo)壓硅油 7— 凹形玻璃圓片 8—鍍金凹形電極 9—彈性平膜片 10—? 腔 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 各種電容式差壓變送器外形 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 設(shè)齒數(shù)為 Z，由計(jì)數(shù)器得到的頻率為 f，則轉(zhuǎn)速 n（ r/min）為 : 6 0 /n f Z? 電容式位移傳感器在測(cè)振幅和測(cè)軸回轉(zhuǎn)精度和軸心偏擺的應(yīng)用。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為 80），所以電容量增大。 濕敏電容 外形 吸水高分子薄膜 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 濕敏電容模塊及傳感器外形 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 容柵傳感器是在變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感器 。 它的電極不止一對(duì) ， 電極排列呈梳狀 ， 故稱為容柵傳感器 。 同組中有多個(gè)電極或多個(gè)電極并聯(lián) ， 極大地提高了靈敏度 。 容柵傳感器可實(shí)現(xiàn)直線位移和角位移的測(cè)量 ， 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式 ，容柵傳感器可分為長(zhǎng)容柵 、 片狀圓容柵 、 柱狀圓容柵三類 。 （長(zhǎng)容柵） 長(zhǎng)容柵結(jié)構(gòu)原理圖 m a xabCn ???式中 ， n—— 動(dòng)尺柵極片數(shù)； a，b—— 柵極片長(zhǎng)度和寬度 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 容柵傳感器的最小電容量理論上為零 ， 實(shí)際上為固定電容C0， 為容柵固有電容 。 當(dāng)動(dòng)尺沿 x方向平行于定尺不斷移動(dòng)時(shí) ，每對(duì)電容的相對(duì)遮蓋長(zhǎng)度 a將由大到小 ， 由小到大地周期性變化 ， 電容量值也隨之相應(yīng)周期變化 ， 如圖所示 ， 經(jīng)電路處理后 ，則可測(cè)得線位移值 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 （片狀圓容柵） 最大電容為： ? ?2221m a x 2rrCn ?????式中 r1， r2 ——圓盤上柵極片內(nèi)半徑和外半徑； α —— 每條柵極片對(duì)應(yīng)的圓心角。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 （柱狀圓容柵） 筒形容柵傳感器由兩個(gè)套在一起的同軸圓筒組成 ， 電極鍍?cè)趫A筒上 ， 可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度的測(cè)量 。 柱狀圓容柵的結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 隨著微機(jī)械加工技術(shù) (MEMS)的迅猛發(fā)展 ， 各種基于 MEMS技術(shù)的傳感器也應(yīng)運(yùn)而生 ， 由于國(guó)防和尖端技術(shù)需要 ， 微加速度傳感器近年來(lái)發(fā)展迅速 。 在各種微加速度傳感器中 ， 微電容式加速度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 靈敏度高 、 動(dòng)態(tài)特性好 、 抗過載能力強(qiáng) ， 體積小 、 重量輕 、 易于與測(cè)試 、 控制電路集成 、 有利于大規(guī)模批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn) ，其研究和應(yīng)用受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注 。 硅微加工加速度傳感器 圖示加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測(cè)量交變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量慣性力或重力加速度。其工作電壓為 ～，加速度測(cè)量范圍為數(shù)個(gè) g，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的 PWM 脈沖。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 微加工三軸加速度傳感器 技術(shù)指標(biāo)： 靈敏度： 500mV/g ， 量程：10g， 頻率范圍：，安裝諧振點(diǎn) :8kHz ， 分辨力： ， 重量： 200g ， 安裝螺紋： M5 mm ， 線性誤差： ≤ 1% 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 硅微加工加速度傳感器原理 1—加速度測(cè)試單元； 2—信號(hào)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） 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 利用微電子加工技術(shù)，可以將一塊多晶硅加工成多層結(jié) 構(gòu)。在硅襯底上，制造出三個(gè)多晶硅電極，組成差動(dòng)電容 CC2。圖中的底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動(dòng)。中間層多晶硅是一個(gè)可以上下微動(dòng)的振動(dòng)片。其左端固定在襯底上，所以相當(dāng)于懸臂梁。 當(dāng)它感受到上下振動(dòng)時(shí)， C C2呈差動(dòng)變化。與加速度測(cè)試單元封裝在同一殼體中的信號(hào)處理電路將 Δ C 轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)，所以集成度很高。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá) 1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá) 10g 以上。 如果在殼體內(nèi)的三個(gè)相互垂直方向安裝三個(gè)加速度傳感器，就可以測(cè)量三維方向的振動(dòng)或加速度。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)， 微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)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