学习使用电容式传感器和电感式测量位移

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三.基础知识
1.电容传感器原理及类型
C A 0r A
dd
改变A、d、 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。
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1)变面积式电容传感器
图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，
称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形
变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直
线运动。图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带
动而旋转一个角位移 度时，两极板的遮盖面积A就减小，因
2而019电/12/容30 量也随之减小。
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变面积式电容传感器的特性
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。
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 达1kHz以上，允许加速度范围可达10g 以上。
如果在壳体wk.baidu.com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。
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加速度传感器在汽车中的应用
二．任务分析
听收音机时，当你搜索电台时有没有考虑过收音机 是依靠什么元器件来调谐电台的呢如？果打开收音机 的后盖，就可以看到与调谐旋钮联动的是—个可变电 容器。当你旋转调谐旋钮时，可变电容器动片就随之 转动，改变了与定片之间的覆盖面积，从而可以从一 个电台转换到另一个电台。电容器在电子仪表中作为 元器件来使用；在非电量电测中作为传感器来使用。
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2)硅微加工加速度传感器
图示加速度传感器以微细 加工技术为基础，既能测量交 变加速度（振动），也可测量 惯性力或重力加速度。其工作 电压为2.7～5.25V，加速度测 量范围为数个g。
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硅微加工加速度传感器原理
1—加速度测试单元 2—信号处理电路 3—衬底 4—底层多晶硅（下电极） 5—多晶硅悬臂梁 6—顶层多晶硅（上电极）
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调频（FM）电路
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3.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x、
相对面积A 和极间介电常数 。固定其中两个变
量，电容量C 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。
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1)电容式差压变送器
电子 线路 位置
低压侧 进气口
高压侧 进气口
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内部不锈钢膜片的位置
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电容式差压变送器内部结构
1—高压侧进气口 2—低压侧进气口 3—过滤片 4—空腔 5—柔性不锈钢波 纹隔离膜片
6—导压硅油 7— 凹形玻璃圆片 8—镀金凹形电极 9—弹性平膜片 10— 腔
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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C1、 C2。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 当于悬臂梁。
当它感受到上下振动时，C1、C2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Δ C 转换成直流输
电感式传感器是利用线圈自感或互感量系数的变化 来实现非电量电测的—种装置。 利用电感式传感器能 对位移以及与位移有关的工件尺村、压力、振动等参 数进行测量。它具有分辨率及测量精度高等一系列优 点，因此在工业自动化测量技术中得到广泛的应用。 它的主要缺点是响应缓慢，不宜于快速动态测量。
本项目是利用这两种传感器进行位移的测量。
到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（ x
处）。
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2.电容式传感器的测量转换电路
1)桥式电路 2)调频电路
调频电路将电容式传感器作为 LC 振荡器谐振回 路的一部分，当电容传感器工作时，电容Cx 发生变 化，就使振荡器的频率 f 产生相应的变化。
f 1
2 L0C
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汽车气囊对驾驶员的保护作用
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利用加速度传感器实现 延时起爆的钻地炸弹
传感器安装位置
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3)流量的测量
体积流量qV=Av，单位为m3/h或L/s；
质量流量qm=Av，单位为t /h或kg/s。
例：设测得流速v =10m/s ，圆管道 的直径r =1m，则截面积A=0.79m2 ， 流量qV= 7.9m3 /s 。
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2)变极距式电容传感器
当动极板受被测物体作用引起位移时，
改变了两极板之间的距离d，从而使电容量
发生变化。
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变极距式电容传感器的特性曲线
a） 结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1—定极板 2—动极板
实际使用时，总是使初始极距d0尽量小些，以提高灵敏度， 但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点。
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湿敏电容外形
吸水高分子薄膜
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电容式油量表
当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为m处。
当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失 去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同
时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达
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3)变介电常数式
因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电 容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也 就不同。
表5-1 几种介质的相对介电常数
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变介电常数式电容传感器的用途
根据表5-1，在电容器两极板间插入干的纸和潮 湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？
装有传感 器的假人
气囊
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， 微处理器据此判断发生了碰 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， 托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。
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汽车气囊的保护作用
使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞
时，经控制系统使气囊迅速充气 。