【正文】 武漢理工大學(xué)機電工程學(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。與加速度測試單元封裝在同一殼體中的信號處理電路將 Δ C 轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。圖中的底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動。 硅微加工加速度傳感器 圖示加速度傳感器以微細加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測量交變加速度（振動），也可測量慣性力或重力加速度。 武漢理工大學(xué)機電工程學(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套在一起的同軸圓筒組成 ， 電極鍍在圓筒上 ， 可實現(xiàn)長度的測量 。 （長容柵） 長容柵結(jié)構(gòu)原理圖 m a xabCn ???式中 ， n—— 動尺柵極片數(shù)； a，b—— 柵極片長度和寬度 。 濕敏電容 外形 吸水高分子薄膜 武漢理工大學(xué)機電工程學(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)展起來的一種新型傳感器 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 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(dǎo)電液體之間的電容變大。 這樣 ， 就實現(xiàn)了工作臺的行程限位 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式接近開關(guān)在液位測量控制中的使用 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用演示 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 圖示為電容開關(guān)在工程中的一個應(yīng)用 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 C1＝ C2 時 C1C2 時 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 當電阻 R1= R1=R時， 則為： 120112CCUUCC???uAB經(jīng)過濾波后，即可得到一直流輸出電壓 U0 1 1 2 1 1 2 101 2 1 2 1 2()T U T U T T UUT T T T T T????? ? ?1 1 1 2 2 11211l n l n。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 差動脈沖調(diào)寬電路 如圖 ,C C2為傳感器的差動電容 ， 當電源接通時 ，設(shè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 A端為高電位 ， B端為低電位 ， 因此A點通過 R1對 Cl充電 ， 直至 F點上的電位等于參考電壓Ur時 ， 比較器 A1產(chǎn)生一個脈沖 ， 觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn) ， A點成低電位 ， B點成高電位 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 若將二極管理想化，當電源為正半周時，電路可等效成一階電路 當供電電壓是幅值為 177。ixxiCUUCSCdCU U dS???????解 得 :而 代 入 上 式 得 :Cx C0 Ix ui a I0 b K u0 ～ 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 T 當 UE為正半周時，二極管 VD1導(dǎo)通、 VD2截止，于是電容 C1充電 。 01012 ( )if f fL C C C C?? ? ? ?? ? ? ?調(diào)頻測量電路具有較高的靈敏度，可測至 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。 電容式傳感器電容量一般很小 ， 容抗很大 ， 而工作頻率一般較高 ，故略去圖中電阻的影響 ， 電容式傳感器的等效阻抗為 11CeZ j Lj C j C???? ? ? 式中 ， C=CP+C0 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 21eCCLC?? ?則等效電容為 211eeC CC C L C?? ???實際電容相對變化為 22/ 111eeeCC CC KKdd L C L C??? ?? ? ??? ??因此實際的靈敏度為 可見電容傳感器的等效靈敏度 Ke與傳感器的固有電感 L有關(guān)，且隨 ω 變化而變化。 地線要用粗的良導(dǎo)體或?qū)捰≈凭€ 。 傳感器殼體；導(dǎo)線；傳感器與測量電路前置級等等 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 4． 防止和減小外界干擾 當外界干擾 (如電磁場 )在傳感器上和導(dǎo)線之間感應(yīng)出電壓并與信號一起輸送至測量電路時就會產(chǎn)生誤差 。 還可以再加一層屏蔽 ， 所加外屏蔽層接地點則選在差動式電容傳感器兩電容 C1和 C2之間 。如果 Z3和 Z4比 CP1和 CP2的容抗小得多，則寄生電容 CP1和 CP2對電橋平衡狀態(tài)的影響就很小。 1： 1 ＋ － 測量 電路 前置級 外屏蔽層 內(nèi)屏蔽層 芯線 傳感器 “驅(qū)動電纜 ” 技術(shù)原理圖 當電容式傳感器的初始電容值很大 (幾百181。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 外屏蔽層 接大地或接儀器地 ， 用來防止外界電場的干擾 。 采用這種技術(shù)可使電纜線長達 10m之遠也不影響儀器的性能 ， 如圖 。為減小電纜電容的影響 ，應(yīng)盡可能使用短而粗的電纜線 ， 縮短傳感器至電路前置級的距離 。 （ 1）增加傳感器原始電容值 （ 2）注意傳感器的接地和屏蔽； （ 3）集成化 （ 4）采用 “ 驅(qū)動電纜 ” (雙層屏蔽等位傳輸 )技術(shù) （ 5）采用運算放大器法； （ 6）整體屏蔽法 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 （ 2） 注意傳感器的接地和屏蔽 圖為采用接地屏蔽的圓筒形電容式傳感器 。 傳感器的殼體剛性要好 ， 以免安裝時變形 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 在可能的情況下 ,傳感器內(nèi)盡量采用 差動對稱 結(jié)構(gòu) ,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 。 在溫度不太高的環(huán)境下 ， 聚四氟乙烯具有良好的絕緣性能 ， 可以考慮選用 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 傳感器內(nèi) ， 電極的支架 除要有一定的機械強度外還要有穩(wěn)定的性能 。 電容式傳感器的 金屬電極的材料 以選用溫度系數(shù)低的鐵鎳合金為好 ， 但較難加工 。為了消除邊緣效應(yīng)的影響 ， 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時 ， 可以采用帶有保護環(huán)的結(jié)構(gòu) ， 如圖所示 。 (2)寄生電容影響大 傳感器的初始電容量很小 ， 而其引線 電纜電容 (l～ 2m導(dǎo)線可達800pF)、 測量電路的 雜散電容 以及 傳感器極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容 等 “ 寄生電容 ” 卻較大 ， ① 降低了傳感器的靈敏度； ② 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 ， 其變化量甚至超過被測量引起的電容變化量 ， 致使傳感器無法工作 。 其他類型的電容傳感器只有忽略了電場的邊緣效應(yīng)時 ， 輸出特性才呈線性 。 因此傳感器負載能力差 ，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象 ， 嚴重時甚至無法工作 ， 必須采取屏蔽措施 ， 從而給設(shè)計和使用帶來不便 。 武漢理工大學(xué)機電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 (5)可以實現(xiàn)非接觸測量 、 具有平均效應(yīng) 當被