项目二：电容式接近开关电路
接近开关原理及接线图
理作原开关的工式容/电感/霍尔接近电、电感式接近开关工作原理1电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。
这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。
工作流程方框图及接线图如下所示：、电容式接近开关工作原理2电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，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，由此便可控制开关的接通和关断。
这种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,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。
工作流程方框图及接线图如下所示：、霍尔式接近开关工作原理3当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，，U这种现象就称为霍尔效应。
两端具有的电位差值称为霍尔电势其表达式为U=K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦是薄片的厚度。
d）的磁感应强度，Lorrentz慈力由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
我门销售的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。
霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。
接近开关原理及接线图.docx
电容/电感/霍尔式接近开关的工作原理1、电感式接近开关工作原理电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。
这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。
工作流程方框图及接线图如下所示：2、电容式接近开关工作原理电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，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，由此便可控制开关的接通和关断。
这种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,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。
工作流程方框图及接线图如下所示：3、霍尔式接近开关工作原理当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。
两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
我门销售的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。
霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。
接近开关原理及接线图
电容/电感/霍尔式接近开关的工作原理1、电感式接近开关工作原理电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。
这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。
工作流程方框图及接线图如下所示：2、电容式接近开关工作原理电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，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，由此便可控制开关的接通和关断。
这种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,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。
工作流程方框图及接线图如下所示：3、霍尔式接近开关工作原理当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。
两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
我门销售的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。
霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。
电容接近开关的原理图
电容接近开关的原理图
电容接近开关的原理图如下图所示：
[原理图]
实际电路中，电容连接在开关旁边。
当开关处于关闭状态时，电容器与电路断开，不导通电流。
而当开关关闭时，电容器与电路相连，导通电流。
在电容接近开关的电路中，当有电压施加在开关上时，电流从电源通过电容器流过。
电容器的充电过程取决于电源电压和电容的特性。
一旦电容器被充电到特定电压水平，电容器便开始存储能量，形成电场。
这种电场将使得电容器两个端口之间的绝缘被穿透，使电流能够通过电容器。
因此，当开关关闭时，电容器充电，并导通电流。
而当开关打开时，电容器断开与电路的连接，不导通电流。
以上就是电容接近开关的工作原理。
电容式接近开关原理
电容式接近开关原理电容式接近开关是一种常用的非接触式探测器件，可以用于检测金属和非金属物体的接近和远离，并将其转换成电信号输出，具有灵敏、可靠、精确等特点。
本文将详细介绍电容式接近开关的原理、构造、应用、特点等相关知识。
电容式接近开关的原理是利用物体与传感器之间的电容变化来检测接近与远离。
传感器由两个金属电极组成，当感应物体接近时，物体和电极之间就会形成一个电容，并在传感器内部形成一个电容回路。
当物体远离时，电容回路就会断开。
由于电容值与物体与电极之间的距离成反比关系，因此通过测量电容值的变化，就可以确定物体与电极之间的距离，从而实现接近开关的控制。
电容式接近开关的探测范围是非常有限的，通常不超过10mm，这就要求被探测物体必须非常接近传感器才能被检测到。
感应物体的电性能对电容式接近开关的探测距离也有影响。
具有高电导率的物体和导电性的表面会增强电容，从而增加感应距离。
电容式接近开关主要由传感器、振荡器和输出电路三部分组成。
1.传感器传感器是电容式接近开关的核心部件，由两片平行放置的金属电极组成，通常为铜片或铝片，电极之间留有微小的间隙，形成电容回路。
当感应物体接近电极时，物体和电极之间的距离减小，从而使电容值增加，进而使接近开关的输出信号发生变化。
2.振荡器振荡器是电容式接近开关的另一个重要组成部分。
振荡器中包含了一些元件，如晶体管、电容器和电阻器等，用来产生一定频率的交流信号。
振荡电路对感应物体的距离变化非常敏感，只要感应物体的距离发生微小变化，振荡频率就会发生变化，从而输出信号的状态也会发生变化。
3.输出电路输出电路是电容式接近开关的第三部分，用于将传感器接收到的信号转换成可靠的数字信号输出。
通常采用开关管或三极管等电子元件实现信号的放大和处理。
电容式接近开关广泛应用于各种自动控制系统中，例如工业生产自动化、流水线生产、机床加工、电器自动化等领域。
其主要应用包括：1.位置检测：电容式接近开关可以用于检测物体的位置，例如在流水线上用来检测物体是否到达指定位置。
电容式接近开关控制电路
电容式接近开关
C A 0r A
dd
d ——极板间距离； A ——极板面积； ε——电容极板间介质的介电常数。
改变d、A、 三个参量中的任意一个量，均可使
平板电容的电容量C 改变。 固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电
容传感器。
声传感器应用模型
几种不同电容式传感器的原理结构图
Uo
U AB
T1 T1
T2 T2
U1
T1 ─ C1的充电时间； T2 ─ C2的充电时间； U1 ─ 触发器输出的高电位
由于U1的值是已知的，因此，输出直流电压UAB随T1和 T2而变，亦即随UA和UB的脉冲宽度而变，从而实现了输出 脉冲电压的调宽。当然，必须使参考电位Uf小于U1。由电路 可得出，电容C1和C2的充电时间为:
U AB
S1 S1
S2 S2
U1
式中S1，S2─—分别为C1，C2电极极板面积。
Uo
S S U1
由此可见，对于差动脉冲调宽电路，不论是改变平板电 容器的极板面积或是极板距离，其变化量与输出量都成线性 关系。
公式与变压器电桥形式相同，但变压器电桥输 出的是交流电，而脉冲调宽电路输出的是直流电。 脉冲调宽电路具有以下五方面的特点： ①消除了非线性； ②不需要相敏检波即能获得较大的直流输出； ③电路只采用直流电源，不需要频率发生器； ④频率对输出无影响； ⑤对输出矩形波纯度要求不高。
为了获得较好的线性关系，一般谐振电路的工作点选在谐振曲线的一
边，即最大振幅Um 的70%附近地方，如图所示，且工作范围尽量选 在接近线性的BC段内。 这种电路的特点是比较灵敏，但缺点是：
•（1）工作点不容易选好，变化范围也较窄；
电容式接近开关..
1、寄生电容存在对传感器的影响
导致传感器特性不稳定，并 产生干扰
2、克服寄生电容：静电屏蔽
五、电容式接近开关设计
d
x
C (1 q / p ) 0
a)
动极板有角位移时，与定极板的有效面积变化， 变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度 是常数。这一类传感器多用于检测直线位移、角位 移、尺寸等参量。
3．变介电常数电容式传感器
变介电常数电容式传感器原理动画演示
常用材料的介电常数
经推导可知变介电常数式电容传感器其电容 与位移或液体高度成线性关系，可由以下表达式 表示：
干扰性能优于直放式调频。
3. 调频电路
1 f 2p L0Cx
用调频系统作为电容传感器的测量电路主要具有以下特点： •（1）抗外来干扰能力强； •（2）特性稳定； •（3）能取得高电平的直流信号（伏特数量级）； •（4）因为是频率输出，易于同数字仪器和计算机接口。
谐振电路
谐振式电路的原理方框图，电容传感器的电容Cx作为谐振回路（L2，C2， Cx）调谐电容的一部分。谐振回路通过电感耦合，从稳定的高频振荡器取 得振荡电压。
电容C1和C2的充电时间为:
U1 T1 R1C1 ln U1 U f
U1 T2 R2 C2 ln U1 U f
电阻R1=R2=R， 综合以上三式:
U o U AB
C1 C2 U1 C1 C2
上式说明，直流输出电压正比于电容C1与C2的差值，其 极性可正可负。
说明: (1)利用平行板电容公式，在变间隙的情况下可得:
忽略高次项得
d C 2C 0 d0
C0 C 2s k 2 2 d d0 d0
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3、园柱型电容传感器
C
0A
（二） 变间隙式电容传感器
其静态电容量为 当活动极板移动x后， 其电容量为
C
A
d
x A d C C0 d x x2 1 2 d 1
三、电容式接近开关
1、原理框图
1、变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化
2、优点：结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适
应性强、抗过载能力大及价格低廉。
3、缺点：电容式传感器的泄漏电阻和非线性等缺点也
给它的应用带来一定的局限
4、应用：测量压力、力、位移、振动、液位等参数。
、结构原理与类型
工作原理如图所示：
+
+ +
A
C
思考题
1 、试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容 的灵敏度 ? 为了提高传感器的灵敏度可采取什么
措施并应注意什么问题?
2 、为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性 的?采取什么措施可改善其非线性特征?
0A
δ、A或ε发生变化时， 都会引起电容的变化。
（一）变面积式电容传感器 1、直线位移型 当动极板移动△x后， 电容的改变量为
C C C0
b
d
x C0
x a
其灵敏度为 K
C b x d
2、角位移型 当动片有一角位移时， 两极板间覆盖面积发生 变化，此时电容值为
五、应用 被测物体 感应电极
2:电容式转速传感器的结 举例1：电容式接近开关 构原理
振荡电路
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. 由此便可控制开关的接通和关断;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。
湖州职业技术学院机电工程分院
传感器与检测技术
项目三:电容式接近开关的设计制作
技能训练目标要求: 1、掌握电容传感器的结构原理；
2、学会电容接近开关的设计方法与应用电路；
3、进一步掌握锡焊技巧和电路调试方法； 4、了解电容式传感器的应用情况； 5、锻炼同学们的敬业精神和团队意识。
一、电容式传感器概述
蜡或绝缘漆把C4封牢即可。
四、例：电容式传声器
讨论：
当x＜＜d时
x2 1 2 1 d
则
x C C 0 (1 ) d
1、电容量C与x不是线性关系，只有当 x＜＜d时，才 可认为是最近似线形关系。 2、要提高灵敏度，应减小起始间隙d过小。 3、当d过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也 高了。 4、一般在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质 来提高绝缘性， 5、在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可 采用差动式结构。
2、电路原理
3、注意事项
1）C4093为CMOS集成电路，很容易被电烙铁
所带的静电击穿，所以在制作时，最好先焊一个 集成电路插座，待电路经检查无误后再把 CD4093插入插座。 2）电容C4是灵敏度调节电容，若需要该电路以 最大灵敏度工作时，可以先调节C4使继电器刚好 吸合，再调节C4使继电器刚好断开，然后用高频