电容式传感器的工作原理和结构.51页PPT
电容式传感器Ppt讲课文档
B两点电压平均值UA与UB之差，
U 0 U A U B T 1 T 1 T 2U 1 T 1 T 2 T 2U 1 T T 1 1 T T 2 2U 1
设R1＝R2＝R，则
U0
C1 C1
C2 C2
U1
说明差动脉冲调制电路输出的直流电压与传感器两电
容差值成正比。
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对于差动式变极距型电容传感器：
式（5.2.4）略去二次方以上各项，得
Cd (1d)
C0 d0
d0
非线性误差与Δd/d0有关。其 表达式为：
（5.2.6）
（d ）2
r d0 d 100%
d
d0
d0
图5-5 变间隙式传感器的非线性
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传感器的灵敏度为：
K C dC d0 0dA 02d102
（5.2.7）
说明:
C C 0 2 dd 01 （ dd 0） 2 （ dd 0） 4
略去高次项： 非线性误差为：
C 2 d C0 d0
r
d 3 d0
d d0
10% 0 dd 0 210% 0
灵敏度： K C d2C d002dS02
（5.2.13） （5.2.14）
减（5小.2.15）
提（高5.2一.16倍）
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5.3.3 电桥电路 1.阻容电桥
图 5-14 阻容电桥电路原理
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2.变压器电桥
图 5-15 变压器电桥电路原理
Z1jw1C1,Z2
1
jwC2
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电桥的输出电压为: U sU cZ2 UU(Z2Z1) Z2Z1 2 2Z2Z1
常见传感器原理及应用PPT教案
3.3.5 编码器
编码器是将直线运动和转角运动变换为数字信号进行测量 的一种传感器。
它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转换 为电子信号（电子脉冲信号或者数据串）。
这种电子信号通常需要连接到控制系统(e.g. PLC、高速计 数模块、变频器等),控制系统经过计算便可以得到测量的数 据，以便进行下一步工作。
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接近开关外形
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接近开关外形（续）
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接近开关分类
只对导 磁物体 起作用
对接地 的金属 起作用
只对导电 良好的金 属起作用
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对磁性 物体起 作用
接近开关的特点
接近开关与被测物不接触、不会产生机械 磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无 触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆 性能较好、输出信号负载能力强、体积小、 安装、调整方便。
缺点是触点容量较小、输出短路时易烧 毁。
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3.3.4 差动变压器
线圈和磁芯
—完全线性 —便宜 —耐用 —有“中心位置”
用于执行器
—通常嵌入使用 —低非线性 —大位移
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LVDT
LVDT 是线性可变差动变压器(Linear Variable Differential Transformer)。
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3.3.1.2 应变式传感器
电阻应变传感器是一种利用电阻应变片将应变转 换为电阻变化的传感器。
被测量 电阻应变片 电阻变化
任何非电量能转化为应变量
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应变片
当受到外力时，导体变长变细，电阻增加，R->R+△R
差动式电容传感器的工作原理
差动式电容传感器的工作原理差动式电容传感器是由一对对接在一起形成可变电容的极结构组成的，它可以测量物体的距离、位置和尺寸等。
电容传感器的工作原理是：由二极结组成的可变电容电容两端都连接电阻网络，当目标物体进入电容腔内时，电容因电磁耦合发生变化，通过电子元件的变化造成输出电流的变化，从而判断外界物体的距离，大小等特征。
由于差动式电容传感器可以精确测量物体的距离和尺寸，因此，它们经常用于机器人应用，如内部机器检测、位移控制以及坐标定位等，以及用在检测仪器中，如压力开关、流量仪等。
差动式电容传感器具有较大的响应速度，低电耗，精确宽带等性能，而且它们的分辨率和频率响应高、快，具有很好的耐压性和抗干扰性能，即使环境温度变化很大，它的工作也很稳定。
虽然差动式电容传感器具有许多优点，但它也存在一些缺点，比如非线性性能差，对湿度和绝缘材料的敏感性强，对大温度变化的精度较差，以及它的安装结构要求较高等缺点。
总之，差动式电容传感器是一种新型的高效灵敏传感器，它可以精确测量物体的距离、位置和尺寸，经常用于机器人应用、检测和定位，但也存在一些缺点，比如非线性性能差，对湿度和绝缘材料的敏感性强，对大温度变化的精度较差，以及它的安装结构要求较高等缺点。
电容式加速度传感器资料
电容式加速度传感器电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片。
弹性膜片在外力（气压、液压等）作用下发生位移，使电容量发生变化。
这种传感器可以测量气流（或液流）的振动速度（或加速度），还可以进一步测出压力。
传感器是一种应用非常广泛的设备，在各种自动控制过程中，它能迅速客观地反映出实际情况。
电容式传感器有很多，但原理相同。
平行板电容器的电容C 跟介电常数ε成正比跟正对面积成反比根极板间的距离d成反比有：C=εS/4πkd 式中k为静电力常量。
通过改变介质，极板距离，极板正对面积，这三个参数之一使传感器的电容发生变化，再通过电荷放大器，将电容变化或电量变化转换成容易用电路处理电压或电流量。
这就是电容式传感器的特点，通过上面的原理可以做成很多传感器，比如测长度的，测角度，测空气粉尘，空气湿度，还有声音，振动等，精度很高，比如测振动的精度可以达到零点零几个微米。
但是测长度的线性度不好，需要通过电路矫正，还有容易受到电路中的寄生电容的影响，所以电路设计的时候要很注意。
把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
电容式加速度传感器的数学模型传感器的结构简图电容式加速度传感器的原理结构如图：由图可见，它实际上是变介子电容式位移传感器，配接“m-k —C ”系统构成的。
机电一体化第三章
M
U0
RL
RL
理想值
Rl2
实测值
RL>RL1>RL2
图3-14 永磁式测速机测量电路图 图3-15 直流测速机输出特性
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直流测速机的特点是输出为线性，斜率大、线性好，但由于 有电刷和换向器，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。
直流测速机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。 在使用中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电 机轴上。有的电机本身就已安装了测速机。测速电机输出的 模拟电压直接送到速度换比较器中用于速度控制。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源 于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管 及红外发射二极管。接收器有光电二极管、光电 三极管、光电池组成。在其后面是检测电路，它 能滤出有效信号和应用该信号
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输出
图3-21 透光型光电传感 器接口电路
在透光型光电传感器中， 发光器件和受光器件相 对放置，中间留有间隙。 当被测物体到达这一间 隙时，发射光被遮住， 从而接收器件（光敏元 件）便可检测出物体已 经到达。这种传感器的 接口电路如图3-21所示。
位置传感器分接触式和接近式两种。所谓接触 式传感器就是能获取两个物体是否已接触的信息 的一种传感器；而接近式传感器是用来判别在某 一范围内是否有某一物体的一种传感器。
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一、接触式位置传感器
这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构 成，它分以下两种。
1．由微动开关制成的位置传感器
它用于检测物体位置 ，有如图3-17所示的几种
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二、接近式位置传感器
接近式位置传感器按其工作原理主要分：电磁式、 光电式、静电容式，基本工作原理可用图3-19表示 出来。
电容式传感器的工作原理
电容式传感器的工作原理电容式传感器是一种常用的传感器，它利用电容的变化来实现对物体的测量和检测。
在电容式传感器中，电容的变化与物体的位置、形状、介电常数等因素有关，因此可以应用于各种测量场合。
下面我们将详细介绍电容式传感器的工作原理。
首先，电容式传感器由两个电极构成，它们之间的空间形成一个电容。
当有物体靠近电容式传感器时，物体的介电常数会影响电容的数值，从而引起电容的变化。
这种变化可以通过电路进行测量和分析，从而得到物体的位置、形状等信息。
其次，电容式传感器的工作原理基于电容的计算公式，C=ε0εrA/d，其中C为电容的数值，ε0为真空中的介电常数，εr为物体的相对介电常数，A为电极的面积，d为电极之间的距离。
根据这个公式，我们可以看到电容式传感器的变化与物体的介电常数、电极的面积和距离等因素有关。
另外，电容式传感器还可以利用电容的变化来实现非接触式的测量。
由于电容式传感器不需要与物体直接接触，因此可以避免对物体造成损伤，并且可以应用于一些特殊的测量场合。
此外，电容式传感器还可以通过改变电极的布局和结构来实现不同的测量要求。
例如，可以采用平行板电容的结构来实现对平面物体的测量，也可以采用圆形电极的结构来实现对球形物体的测量。
最后，电容式传感器的工作原理还可以应用于一些特殊的领域。
例如，在微机电系统（MEMS）中，电容式传感器可以实现对微小物体的测量，从而应用于微型加速度计、压力传感器等领域。
总的来说，电容式传感器的工作原理是基于电容的变化来实现对物体的测量和检测。
它具有测量精度高、非接触式测量、结构灵活等优点，因此在工业控制、医疗诊断、环境监测等领域有着广泛的应用前景。
希望通过本文的介绍，读者对电容式传感器的工作原理有了更深入的理解。
传感器技术ppt课件
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第一章 感应式接近开关
输出电路：（直流三线型）
NPN型
棕色(BN)
PNP型
棕色(BN)
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目录
第三章 光电开关
第一节、简 介 第二节、漫反射型光电开关 第三节、反光板型光电开关 第四节、对射型光电开关
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第三章 光电开关
第一节 简介 光电开关利用光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的
目的。
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第三章 光电开关
基本工作原理
目标物
发射器
控制电路
1 0
1
0
接收器
信号处理电路 输出电路
第三节 热电阻 热电阻常用于低温测量（测温范围：-200-500℃）。
工作原理： 热电阻是由一种对温度非常敏感的金属材料构成。自身电阻随温度 变化而变化（电阻增加或减少），输出信号：电阻。
电气符号
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第四章 温度传感器
第三节 热电阻 分类：
热电阻分正温度系数和负温度系数。 正温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而增大； 负温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而减小；
近开关的工作电压及输出电流需 通过计算确定串联开关的数量。
总压降 U总降= U降 * n; 额定电流Ie串= Ie - Io * n
U降----单个接近开关的电压衰减值； Ie----单个接近开关的额定电流；
n----串联接近开关数量；
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第一章 感应式接近开关
多开关并联接线图：
电容式传感器
电容式传感器简介capacitive type transducer把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。
这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。
电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。
电容式传感器工作原理电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2∏eL/lnD/d，式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。
在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。
电容式传感器优缺点电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。
缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。
电容式传感器的工作原理
电容式传感器的工作原理电容式传感器是一种常用的传感器，它利用电容的变化来检测目标物体的位置、形状或者其他特性。
电容式传感器的工作原理基于电容的基本性质，通过改变电容器之间的电场来实现测量。
在本文中，我们将详细介绍电容式传感器的工作原理及其应用。
电容式传感器的工作原理是基于电容的变化来实现的。
电容是指两个导体之间的电荷储存能力，它与导体之间的距离和面积成正比，与介质的介电常数成反比。
当目标物体接近或远离电容器时，导致电容器之间的距离或介质的介电常数发生变化，从而导致电容的变化。
通过测量电容的变化，可以得知目标物体的位置、形状或其他特性。
电容式传感器通常由两个导体电极和一个介电材料组成。
当目标物体接近或远离电容器时，导致电容器之间的距离或介质的介电常数发生变化，从而导致电容的变化。
通过测量电容的变化，可以得知目标物体的位置、形状或其他特性。
电容式传感器具有灵敏度高、精度高、响应速度快、结构简单等优点，因此在工业自动化、汽车电子、医疗器械、家用电器等领域得到了广泛的应用。
例如，在工业自动化中，电容式传感器可以用来检测物体的位置、形状，从而实现自动化生产线的控制；在汽车电子中，电容式传感器可以用来检测车辆的液位、压力等参数，从而实现车辆的智能控制；在医疗器械中，电容式传感器可以用来监测患者的生理参数，从而实现医疗设备的精准控制。
总之，电容式传感器是一种常用的传感器，它利用电容的变化来检测目标物体的位置、形状或其他特性。
通过测量电容的变化，可以得知目标物体的位置、形状或其他特性。
电容式传感器具有灵敏度高、精度高、响应速度快、结构简单等优点，在工业自动化、汽车电子、医疗器械、家用电器等领域得到了广泛的应用。
传感器ppt课件
成部分。 D）检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的
进步。
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二、发展方向
1、不断提高检测系统的测量精度、量程范 围、延长使用寿命，提高可靠性；
2、应用新技术和新的物理效应，扩大检测 领域；
3、发展集成化，功能化的传感器； 4、采用计算机技术，使检测技术智能化； 5、发展网络化传感器及检测系统。
检测系统的工程应用
在工程领域，科学实验、产品开发、生产监 督、质量控制等，都离不开检测系统。检测系统 应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输 等每一个工程领域。
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1、工业自动化中的应用
a)机械手、机器人中的传感器
转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听 觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、 嗅觉传感器。
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§1.3传感检测系统基本特性的评价指标 一、传感检测系统的基本特性 传感器特性主要是指输出与输入之间的关系。
静态特性：被测量不随时间变化或变化很慢时， 检测系统的输入和输出量都与时间无关。
动态特性：输入量和输出量都随时间变化较快， 是一个含有时间变量的微分方程式。检测系统对 快速变化的被测量的响应特性称为动态特性。
⊿Rmax2
⊿Rmax1
Rmax10% 0
R
YFS
或：
0
X
△Rmax1正行程的最大重复性偏差， △Rmax2反行程的最大重复性偏差。
2~310% 0
R
YFS
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6、稳定性：
传感器的稳定性一般是指长期稳定性
稳定性是指传感检测系统在长时间工作的状态下， 由于外界各种干扰对系统产生的影响，使得输出量发 生与输入无关的变化，有时称为长时间工作稳定性。