燕山大学 课程设计说明书题目：电容式纸张厚度传感器的设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 09级仪表一班 学号： 学生姓名： 指导教师：童凯 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：基层教学单位： 学号0901******** 学生姓名陈志浦专业（班级）09仪表一班设计题目电容式纸张厚度传感器的设计 设计技术参数1测量范围0-2mm；2输出电压0-10V；3极板间距4mm； 4灵敏度； 5精度。 设计要求1学习掌握电容传感器的相关知识；2设计电容厚度传感器的极板； 3设计电容传感器的转换电路； 4电容厚度传感器的硬件调试； 5撰写报告、完成答辩。 工作量第18-19周（完成资料查阅、方案设计、电路仿真、硬件调试、测试及误差分析等内容） 工作计划设计时间共10天。 第1-2天资料查阅（图书馆及网络）；理论工作原理学习。第3-4天设计方案制定。 第5-6天电路仿真，各器件选型。 第7-8天传感器硬件调试。 第9-10天撰写报告，完成答辩。 参 考 资 料 张玉龙等。传感器电路设计手册。中国计量出版社。1989年 指导教师签字基层教学单位主任签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语： 工作态度认真 较认真 不认真 理论分析 正确完善 较为合理 一般 较差 方法设计 完善 合理 一般 较差 成绩： 指导教师： 2011年6月25 日答辩小组评语： 原理 清晰 基本掌握 了解 不清楚 设计结论 正确 基本正确 不正确 成绩： 评阅人： 2011年6月25 日课程设计总成绩： 答辩小组成员签字： 赵彦涛、程淑红、林洪斌 2011年6月25 日
电容式传感器的位移实验 一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理： 1、原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C＝εA／d关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。如图11—1所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2πｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生?X位移时，电容量的变化量为?C =C1－C2=ε2π2?X／ln(R／r)，式中ε2π、ln(R／r)为常数，说明?C与?X位移成正比，配上配套测量电路就能测量位移。 图11 —1 实验电容传感器结构 1、测量电路(电容变换器)：如图11—2所示，测量电路的核心部分是图11—3的电路。 图11—2 电容测量电路
图11—3 二极管环形充放电电路 在图11—3中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C5电容、L1电感和C X1、C X2实验差动电容位移传感器组成。 当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容C X1和C X2两端电压均由E1充到E2。充电电荷一路由ａ点经D3到b点，再对C X1充电到O点(地)；另一路由由ａ点经C5到c点，再经D5到d点对C X2充电到O点。此时，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充电时间内，由ａ到c点的电荷量为： Q1＝C X2(E2-E1) （11—1） 当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容C X1和C X2均放电。C X1经b点、D4、c点、C5、ａ点、L1放电到O点；C X2经d点、D6、L1放电到O点。在t2放电时间内由c点到ａ点的电荷量为： Q2＝C X1(E2-E1) （11—2） 当然，（11—1）式和（11—2）式是在C5电容值远远大于传感器的C X1和C X2电容值的前提下得到的结果。电容C5的充放电回路由图11—3中实线、虚线箭头所示。 在一个充放电周期内（Ｔ＝t1＋t2），由c点到ａQ2＝C X1(E2-E1)点的电荷量为： Ｑ＝Q2-Q1＝(C X1-C X2)(E2-E1)＝△C X△E （11—3） 式中：C X1与C X2的变化趋势是相反的（传感器的结构决定的，是差动式）。 设激励电压频率f＝1/T，则流过ac支路输出的平均电流i为： i＝fＱ＝f△C X△E （11—4） 式中：△E—激励电压幅值；△C X—传感器的电容变化量。 由（11—4）式可看出：f、△E一定时，输出平均电流i与△C X成正比，此输出平均电流i经电路中的电感L2、电容C6滤波变为直流I输出，再经R w转换成电压输出V o1＝I R w。 由传感器原理已知?C与?X位移成正比，所以通过测量电路的输出电压V o1就可知?X位移。
精密电容位移传感器可以在线检测压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量等。该传感器是一个单一的通道，高性能线性位移测量系统，创新的电容位移测量技术，提供了纳米测量能力，成本低，适合测量任何导电目标。 在线电容式水分检测传感器能够在线检测各种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率，特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮机、船舶机械。监视循环油系统是否存在泄漏，如水冷却器等。监视工作机械的密封元件是否损坏，引起外部水渗入。 监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响。从而精确测定润滑油质量，预测设备故障，是设备润滑油管理中的关键部件。本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻，结构可靠，测量精度高，工作稳定，具有较强的抗电磁干扰性能。封闭型不锈钢制外壳具有很好的防水防尘性能。可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。是理想的在线水分检测传感器。 还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，在线、连续、实时的检测各种低水分油品的含水率。直接显示，远程控制和报警。实现数据存储，积算、传输和控制功能。普遍应用于大中型机械联动机组的液压、润滑循环系统。 电容式润滑油实时在线监测传感器可以在线准确测定润滑油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其它机械化学杂质污染度，从而精确测定润滑油质量，判定是否需要更换润滑油，即可节约油料，又能预测设备故障，是设备润滑油管理中改变传统的按期换油，实现按质换油的关键部件。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/4417658495.html,。
光电式液位传感器的优点、缺点 光电式液位感器的主要功能是侦测液位，可以实现缺水保护、无水报警、防水过多溢出等功能，广泛应用于各个行业。那么光电式液位传感器存在什么缺点什么优点呢？ 光电式液位传感器的优点： 1.响应时间短 光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。可快速、精准的检测液位，实现电器缺水保护、防水满溢出功能 2.液位检测精度高 污垢、液体中的杂物、沉淀物等都不会影响光电式液位传感器的检测精度，不同于浮球式液位传感器的液位控制精度在±3mm，而如能点的光电式液位传感器可以达到±0.5mm的精确度。 可检测多类型的液体 由于光电式液位传感器以光学反射未检测原理，所以并不像浮球式液位传感器那样受液体杂物、粘稠性限制，它可对净水、具有杂质的污水、具有腐蚀性的清洗液、黏稠的柴油机油等各类液体进行检测。 可实现非接触式的检测 使用分离式光电液位传感器，液体容器与机器是可分离的，可以不接触液体也能检测液位。水箱可移动，可更加方便清洗、且更卫生。
可多方位安装 在光电式液位传感器的采集方法中，安装是不会影响它的正常工作的。因此光电式液位传感器可以朝上、朝下安装；侧面安装、斜向安装等，因此水箱或其他容器的不规则形状并不会限制它的使用。 光电式液位传感器的缺点： 1. 不可在阳光直射下使用 可以采用更改安装的方式避免，或者是采用遮光罩等方式避免。 2.水汽、水蒸气等导致的探头上有水珠会影响传感器检测
在经过程序调整后，在程序中把这一因素计算在内可以解决此问题。 3.液面波动导致液位传感器误判。 可以采用在程序中加入防抖逻辑的方式，解决液面波动这一因素的影响。
题目传感器电容式湿度传感器的应用 姓名 学号 系（院）_电子电气工程学院_ 班级 目录 前言 (3) 1. 绪论 (1) 1.1电容式传感器的工作原理 (1)
1.2电容式传感器的特点 . (4) 2. 系统设计 (6) 2.1硬件电路设计 (6) 2.2 湿敏电容器的特性 (8) 2.3 电容式传感器数据处理 (8) 2.4测试结果 (8) 结论 (10) 参考文献 (11) 淄博职业学院 前言 人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。在电子科学技术日益发达的今天, 人类对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。湿度的监测与控制在国民经济各个部门，如国防、科研、煤炭开采和井下监测以及人生活等诸多领域有着非常广泛的应用。众所周知, 湿度的测量较复杂，而对湿度进行控制更不易。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代工作条件和环境的要求。为此，人们研制了各种湿度传感器，其中电阻和电容型湿度传感器以其测量范围宽, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好, 体积小, 重量轻，制造工艺简单等显示出极大的优越性, 在实际中得到了广泛应用。由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同。其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。湿度是一个重要的物理量，航天航空，计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量，很多行业中，如发电、纺织食品、医药、仓储、农业等，对温度、湿度参量的要求都非常严格，目前，在低温条件下，（通常是指100℃以下），湿度
测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业，另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度，如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合，这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想，另外，在恶劣的环境下工作，例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时，将使精度大大下降。然而，随着科技的进步，人们对湿度的测量设备进行了越来越深层的研究，本文就以电容型湿度传感器进行阐述。 1. 绪论 1.1电容式传感器的工作原理 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。 这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S 、d 或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。
第5章 电容式传感器（P99） 5－3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系。 图5-7 解： 电容式液位计的电容值为：d D n h C C 1)(210εεπ-+ =，其中d D n H C 120πε=。 可见C 与液面高度h 呈线性关系。 可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双T 形交流电桥，也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压0U 与液位h 之间呈线性关系，所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。 可以采用环形二极管充放电法，具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R 的并联，R 上的电压为0U ，则有： )(0d x C C E Rf RI U -?== 其中，C x 为电容式液位计的电容值，f 为方波的频率，ΔE =E 2-E 1为方波的幅值，C d 为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节 d D n H C C d 120πε==，则输出电压0U 与 液位h 之间呈线性关系。 5－5 题5—5图为电容式传感器的双T 电桥测量电路，已知Ω== =k R R R 4021， d D n h C C 1) (210εεπ-+ =环形二极管电容测量电路原理图 E V R
Ω=k R L 20，V e 10=，MHz f 1=，pF C 100=，pF C 101=，pF C 11=?。求L U 的 表达式及对于上述已知参数的L U 值。 解： ()() V C C Uf R R R R R R U L L L L 18.010110110202040) 20240(40)()() 2(1262 012 =??????+?+?= -?++=- 5－8 题5—8图为二极管环形电桥检波测量电路，p U 为恒压信号源，1C 和2C 是差动式电容传感器，0C 是固定电容，其值10C C >>，20C C >>，设二极管41~D D V V 正向电阻为零，反向电阻为无穷大，信号输出经低通滤波器取出直流信号AB e 。要求： ① 分析检波电路测量原理； ② 求桥路输出信号()21,C C f e AB =的表达式； ③ 画出桥路中A U 、B U 、AB e 在21C C =、21C C >、21C C <三种情况下的波形图（提 示：画出p U 正负半周的等效电路图，并标出工作电流即可求出AB e 的表达式）。 解： 等效电路为： U p t 题5—8图
电容式传感器的特点及应用中存在的问题 张文杰 保定天翔集团毛纺织有限责任公司河北保定071000 摘要：本文阐述了电容式传感器有温度稳定性好、结构简单、动态响应好、可以实现非接触测量，具有平均效应的优点，输出阻抗高，负载能力差、寄生电容影的及其缺点，以及在应用中存在的 问题。 关键词：电容、传感器、负载 Abstract:This paper describes the capacitive sensor has good temperature stability,simple structure,good dynamic response,non-contact measurement can be achieved,with the average effect of the advantages of high output impedance, load capacity is poor,and shortcomings of the parasitic capacitance of the film,and Problems in the application. Keywords:capacitors,sensors,load 1.电容式传感器的特点 1）优点 （1）温度稳定性好。电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系统低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。而电阻传感器有电阻，供电后产生热量：电感式传感器有铜损、磁游和涡流损耗等，易发热产生零漂。 （2）结构简单。电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强车船及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。 （3）动态响应好。电容式传感器由于带电极板间的静电引力很小（约几个10-5N），需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小、很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特别适用于动态测量。又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数。 （4）可以实现非接触测量，具有平均效应。例如，非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减少工作表面粗糙度等对测量的影响。 电容式传感器除了上上述的优点外，还因其带电极板间的静电引力很小，所以输入和输入能量极小，因而可测极低的压力，以及很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨率高，能敏感0.01μm甚至更小的位移；由于其空气等介质损耗小，采用差动结构连接成电桥式时产生的零残极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度。 2）缺点 （1）输出阻抗高，负载能力差。电容式传感器的容量受共电极的几何尺寸等限制，一般只有几pF到几百pF，使传感器的输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗高达106—108Ω。因此传感器的负载能力很差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取屏蔽措施，从而给设计和使用带来极大的不便。阻抗大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高（几十MΩ以上），否则绝缘部分将作为旁路电阻而影响仪器的性能（如灵敏度降低），为此还要特别注意周围的环境如温度、清洁度等。不采用高频供电，可降低传感器输出阻抗，但高频放大、传输远比低频的复杂，且寄生电容影响大，不易保证工作的稳定性。 （2）。电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其寝电容量都很小（几pF到几十pF），而连接传感器和电子线路的引线电缆电容（1—2m导线可达800pF），电子线路的杂散电容，以及传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（职电缆电容）常常的随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。 随着材料、工艺、电子技术，特别是集成技术的发展，使电容式传感器的优点得到发扬，而缺点不断地得到克服。电容式传感器正逐渐成为一种高灵敏度、高精度，在动态、低压及一些特殊测量方面大有发展前途的传感器。 2.应用中存在的问题 1）边缘效应以上分析各种电容式传感器进还忽略了边缘效应的影响。实际上当极板厚度h与极距d之比相对较大时，边缘疚的影响就不能忽略。这时，对极板半径为r的变极距型电容传感器。
光电开关/传感器工作原理、接线图、概要、特长 发布者：david 发布时间：2011-5-13 17:47:53 阅读：2133次 光电传感器概要 「光电传感器」是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。光电传感器主要由发光的投光部和接受光线的受光部构成。如果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将会发生变化。受光部将检测出这种变化，并转换为 电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红
外光。光电传感器如下图所示主要分为3类。（详细内容请参见「分类」） 对射型 回归反射型 扩散反射型 光电传感器特长 ①检测距离长 如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）无法离检测。达到的长距 ②对检测物体的限制少 由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。 ③响应时间短 光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。
④分辨率高 能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。 ⑤可实现非接触的检测 可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。 ⑥可实现颜色判别 通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。 ⑦便于调整 在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。 光电传感器原理 ①光的性质 直射 光在空气中和水中时，总是直线传播。 使用对射型传感器外置的开叉来检测微小物体的示例便是运用了这种原理。 曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上时，通过该界面后，改变行进方向的现象。 反射（正反射、回归反射、扩散反射）
电容式传感器的简介及应用 引言：电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它结构简单，体积小，分辨率高，可非接触式测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作。广泛应用于压力、差压、液位、振动、位移、加速度、成分含量等多方面测量。随着电容式测量技术的迅速发展，电容式传感器在非电量测量和自动检测中得到了广泛的应用。 一． 电容式传感器(capacitive type transducer ）简介： 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。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。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。 二． 电容式传感器的分类： 电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型。
1. 变极距型电容式传感器：一个电极板固定不变，称为固定极板，另一极板间 距离d响应变化，从而引起电容量的变化。 因此，只要测出电容量的变化量⊿C，便可测得极板间距变化量，即动极板的位 移量⊿d。变极距电容传感器的初始电容Co可由下式表达，即式中：ε——真空介电常数（8.85×10-12F/m） A——极板面积（m2） do——极板间距初始距离（m） 传感器的这种变化关系呈非线性为改善这种情况，可采用差动变极距式电容传感器，这种传感器的结构，。它有三个极板，其中两个固定不动，只有中间极板可产生移动。当中间活动极板处于平衡位置时，即d1=d2=do，则C1=C2=Co，如果活动极板向右移动⊿d,则d1=do-⊿d,d2=do+⊿d,采用上述相同的近似线性处理方法，可得传感器电容总的相对变化。 2. 变面积型电容式传感器：由两个电极构成，其中一个为固定极板，另一个为可动极板，两极板均成半圆形。假定极板间的介质不变（即电介质常数不变），当两极板完全重叠时，其电容量为Co=⊿A/d 当动极板绕轴转动一个α角时，两极板的对应面积要减小⊿A，则传感器的电容量就要减小⊿C。如果我们把这种电容量的变化通过谐振电路或其它回路方法检测出来，就实现了角位移转换为电量的电测变换。电容式位移传感器的位移测量范围在1um—10mm之间，变极距式电容传感器的测量精度约为2%。变面积式电
第4章 电容式传感器 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？ 答:电容式传感器可分为三类，具体如下： （1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 （2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 （3）变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？如何解决？ 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。 试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。（极板的有效面积为A ，真空介电常数为0ε ） (a ) (b ) (c ) 解（1）图(a )等效为三个平板电容器串联 0111 A C d εε= ，0222 A C d εε= ，0333 A C d εε= 总电容量为 31232133121212301020301231111 d d d d d d C C C C A A A A εεεεεεεεεεεεεεεε++=++=++=串 故 01233 1 2123213312010203 A A C d d d d d d εεεεεεεεεεεεεεεε= =++++串
（2）图(b )等效为两个平板电容器并联 012A C C C d εε=== 0122A C C C d εε=+= 并 （3）图(c )等效为两柱形电容器并联，总电容量为 在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。已知：δ0=； D =；R =Ω；U sr =60V(交流)，频率f =400Hz 。试求： (1)该电容传感器的电压灵敏度K u (V /μm )； (2)当电容传感器的动极板位移△δ=10μm 时，输出电压U sc 值。 解：（1）根据图中所示的桥路连接方法，可得 2 21 121212 1 111 222 sr sc sr sr R U j C C C U U U C C j C C R R R j C j C ωωωω+ -=-=?+++ ++&&&& 初始电容 () 2 1232 12001203 008.851038.21040.61040.6440.2510 r A D C C C F pF πεεεπδδ----????=== ===?=??当极板移动时，在线性近似条件下，即当0/1C C ?<< 时，两电容的改变量大小 相等，符号相反，若1C 减小C ?，2C 增加C ?，反之亦然。 故 002112120000002220000()222()()2 //[()]21[1(/)]212 sr sr sc sr sr sr U C C C C U C C U C C j C C R C C C C j C C C C R U C C U C C U C C j C C R j C C R j C R ωωωωω+?--?-=?=?++-?++?+-?+????≈ +-?+-?+&&&&&& ＝＝ 在线性近似的条件下有 00 C C δ δ??= 可得
电容式传感器在液位测量中的应用 【摘要】本文主要介绍了电容式传感器在液体测量中的一项应用——电容式液位计。电容式液位计是企业自动化的重要检测工具.本文介绍的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。 【关键词】电容式液位计;测量原理;连接电路 洪水灾害是我国发生频率高、危害范围广、对国民经济影响最为严重的自然灾害。洪灾会造成江、河、湖、库水位猛涨，堤坝漫溢或溃决。所以一个安全，可靠，及时的水位测量系统显得尤为重要，目前我国较多使用的是浮子式水位测量计，虽然结构简单，但是干扰性较差，抗腐蚀能力也较低。本文根据检测与转化技术中的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。能够测量强腐蚀性的液体，如酸、碱、盐、污水等。 1.解决方案 由于较多的降雨，水库的水位会增加，所以可以利用电容式传感器做成水位测量计。 1.1检测原理 电容式液位计是根据电容的变化来实现液位高度测量的液位仪表，电容式液位计的主要构件包括容式物位传感器和检测电容的线路。电容式液位计在测量时是将一根金属棒探入被测量容器的溶液中，将金属棒作为电容的一极，将容器壁作为电容的另一极。 电容式液位计在工作时，两个电极之间分别处于两种介质之中，而这两种介质的介电常数肯定是不同的，液体的介电常数ε1和气体的介电常数ε2之间存在一个差，这样同一段距离中ε1与ε2的比例不同，加和的结果也不同。 电容式液位计测量时，加设ε1>ε2，那么当液位升高时，ε1占据的比例增大而ε2占据的比例减小，两个电极之间的总的介电常数值也就会随之增大，而电容量也就会相应增加，通过对电容量增加值的测算就可以得到液位高度值。 在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，同心圆柱式电容器的电容量: C=■ 式中：
为了选择最佳的液位传感器，我们不但需要了解被测液体的属性和状态，同时，也要知道不同的检测方式的优点与局限性，从而才能选出最合适的传感器。以下为目前市场上最常见的检测技术。 激光测量：激光类传感器基于光学检测原理，通过物体表面反射光线至接收器进行检测，其光斑较小且集中，易于安装、校准，灵活性好，可应用于散料或液位的连续或者限位报警等;但其不适合应用于透明液体（透明液体容易折射光线，导致光线无法反射至接收器），含泡沫或者蒸汽环境（无法穿透泡沫或者容易受到蒸汽干扰），波动性液体（容易造成误动作），振动环境等。 tdr（时域反射）/ 导波雷达/微波原理测量：其名称在行业内有多种不同的叫法，其具备了激光测量的好处，如：易于安装、校准，灵活性好等，另外其更优于激光检测，如无需重复校准和多功能输出等，其适用于各种含泡沫的液位检测，不受液体颜色影响，甚至可应用于高粘性液体，受外部环境干扰相对小，但其测量高度一般小于6米。 超声波测量：由于其原理为通过检测超声波发送与反射的时间差来计算液位高度，故容易受到超声波传播的能量损耗影响。其亦具备安装容易、灵活性高等特点，通常可安装于高处进行非接触式测量。但当使用于含蒸汽、粉层等环境时，检测距离将会明显缩短，不建议使用在吸波环境，如泡沫等。 音叉振动测量：音叉式测量仅为开关量输出，不能用于连续性监控液体高度。其原理为：当液体或者散料填充两个振动叉时，共振频率改变时，依靠检测频率改变而发出开关信号。其可用于高粘度液体或者固体散料的高度监控，主要为防溢报警、低液位报警等，不提供模拟量输出，另外，多数情况下需要开孔安装于容器侧面。 光电折射式测量：该检测方式通过传感器内部发出光源，光源通过透明树脂全反射至传感器接受器，但遇到液面时，部分光线将折射至液体，从而传感器检测全反射回来光量值的减少来监控液面。该检测方式便宜，安装、调试简单，但仅能应用于透明液体，同时只输出开关量信号。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/4417658495.html,/
电容式传感器——将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。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。下面就让艾驰商城小编对电容式传感器的结构及工作原理来一一为大家做介绍吧。 若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εS/d，式中ε为极间介质的介电常数，S为两极板互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。d、s、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，即变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介质型电容传感器。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。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。 典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。当薄膜受压力作用时，薄膜会发生一定的变形，因此，上下电极之间的距离发生一定的变化，从而使电容发生变化。但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系，因此，要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/4417658495.html,/
第3章 电容式传感器思考题答案 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 答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。 当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为 C =εb （a -△x ）/d =C 0-εb ·△x /d （1） 电容因位移而产生的变化量为 其灵敏度为 d b x C K ε-=??= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。 直线位移型电容式传感器 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 答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C 。 设极板面积为A ，其静态电容量为d A C ε=，当活动极板移动x 后，其电容量为 22 011d x d x C x d A C -+=-=ε (1) 当x < 电容式压力传感器也是传感器的一种，近年来电容式压力传感器应用的领域十分的广泛，接下来让艾驰小编为大家具体的介绍一下电容式压力传感器吧。 近几年来国内很多厂家试图引进国外的传感器技术和设备甚至国外的人才来生产电容式压力传感器，并且取得了不错的效果，一些国内压力传感器厂家生产的电容式压力传感器已经能够满足大多情况下的需要。 电容式压力传感器常见的是3051和1151两种型号，1151压力传感器在前几年应用比较多。但今几年一般都使用3051压力传感器，因为3051压力传感器体积比1151压力传感器，而且比较美观。所以一般客户都选择3051压力传感器，除非是以前用的是1151压力传感器一般现在不选择1151压力传感器了。不管是3051压力传感器还是1151压力传感器一般都有平法兰和插入筒两种形式。这两种形式又有什么区别呢。 大家都知道罐体附近的温度比较罐体内部液位温度要低，所以需要测量罐体内部液位温度的时候我们就需要选择插入筒的压力传感器。 电容式压力传感器还有很多分类，如果客户需要使用电容式压力传感器可以咨询厂家，近几年来电容式压力传感器价格有所下降，大家在选择电容式压力传感器厂家的时候不要只看价格要看公司的规模，以便选择自己满意的传感器。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/4417658495.html,/ 1、水位传感器组成及工作原理 水位传感器是一种测量液位的压力传感器．静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA／１～５ＶＤＣ）。分为两类：一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，侍服液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。 静压投入式液位变送器（液位计）适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。4～20mA、 0～5v、 0～10mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。 利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。 是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连接，既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。 工作原理： 用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：Ρ = ρ . + Po式中： P ：变送器迎液面所受压力 ρ：被测液体密度 g ：当地重力加速度 Po ：液面上大气压 H ：变送器投入液体的深度 同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压 Po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po ， 使传感器测得压力为：ρ . ，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度。 功能特点： 第3章电容式传感器习题 3-1 电容式传感器有哪些优点和缺点？ 答：优点：①测量范围大。金属应变丝由于应变极限的限制，ΔR/R一般低于1％，。而半导体应变片可达20％，电容传感器电容的相对变化量可大于100％； ②灵敏度高。如用比率变压器电桥可测出电容，其相对变化量可以大致10－7。 ③动态响应时间短。由于电容式传感器可动部分质量很小，因此其固有频率很高，适用于动态信号的测量。 ④机械损失小。电容式传感器电极间吸引力十分微小，又无摩擦存在，其自然热效应甚微，从而保证传感器具有较高的精度。 ⑤结构简单，适应性强。电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料（如玻璃、石英、陶瓷等）作绝缘支承，因此电容式传感器能承受很大的温度变化和各种形式的强辐射作用，适合于恶劣环境中工作。 电容式传感器有如下不足： ①寄生电容影响较大。寄生电容主要指连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄漏电容。寄生电容的存在不但降低了测量灵敏度，而且引起非线性输出，甚至使传感器处于不稳定的工作状态。 ②当电容式传感器用于变间隙原理进行测量时具有非线性输出特性。 3-2 分布和寄生电容的存在对电容传感器有什么影响？一般采取哪些措施可以减小其影响。 答：改变传感器总的电容量，甚至有时远大于应该传递的信号引起的电容的变化；使传感器电容变的不稳定，易随外界因素的变化而变化。 可以采取静电屏蔽措施和电缆驱动技术。 3-3 如何改善单极式变极距型电容传感器的非线性？ 答：采用可以差动式结构，可以使非线性误差减小一个数量级。 3－4：答：驱动电缆技术是指传感器与后边转换输出电路间引线采用双层屏蔽电缆，而且其内屏蔽层与信号传输线（芯线）通过1：1放大器实现等电位，由于屏蔽电缆线上有随传感器输出信号变化而变化的信号电压，所以称之为“电缆驱动技术”。 ＋ 1：1 浮球式与光电式液位传感器各自有什么缺点？如何解决？ 浮球式与光电式液位传感器的主要功能都是用来检测液位，浮球式液位传感器起源早，价格便宜，应用广，光电式液位传感器精测精度高，性能稳定，应用环境广。那么这两者之前区别是什么？各自都存在有什么缺点？如何解决这些缺点问题呢？ 浮球式具体有哪些缺点？ 浮球易卡死不动作。浮球浮子式液位开关是靠液体的浮力推动带磁铁的浮子上下运动，从而使内部的干簧管开与关的，所以浮子有一定的吃水位，从而最低液位会有很大的限制。 （干簧管工作原理） 浮球液位传感器使用环境有所限制，比如检测的液体为粘稠性高的液体；带有杂质的液体；剧透腐蚀性的液体等。黏稠的液体以及杂质都会导致浮球卡死无法动 作，而带有腐蚀性的液体，某些浮球式液位传感器是无法使用的，比如塑料材质的浮球式液位传感器。浮球式液位传感器只能上置、下置安装，固定的安装方式限制了产品。很多的电器、设备的水箱，或者装液体的容器都是不规则形状的。 不规则水箱 浮球式液位传感器是靠浮子根据液位的变化产生的上下而检测液位的，运作简单，所以检测精度低，液位控制精度只能控制在±3mm，甚至更高。 浮球式液位传感器结构松散，不便于清洗。磁体会吸附水中的杂质，易造成水垢。光电式液位传感器有什么缺点呢？ 光电式液位传感器功能展示 光电式液位传感器不能使用在阳光直射下，光电式液位传感器是根据红外线光的反射原理来进行检测液位的。而阳光中包含有红外线，会干扰光电式液位传感器的检测。 光电式液位传感器如果在遇到水珠挂在探头上没有掉下去（比如水蒸气等），或者是液面经常波动的情况下会导致传感器误判。比如像容器是移动的，那么容器中的液面就会随着机器、设备的移动而产生波动。 如何解决浮球式水位传感器以上的缺点？ 浮球式液位传感器很多的缺点都是因为设计结构、工作原理的问题，比如最低液位有限制、清洗不易、易产生水垢等问题。这些是无法避免的，可以能做到的是可以根据浮球式的缺点排除一些不适合使用的环境，能避免一些情况的产生。在合适的环境下使用就不会出现浮球易卡死的现象 如何解决光电式液位传感器以上的缺点？ 1.阳光直射下使用光电式液位传感器 可以采用经探头朝下安装的方式避免，或者是采用遮光罩避免。（以下罩子仅供了解形状）电容式压力传感器的型号特点
水位传感器结构及工作原理
第三章电容式传感器习题解答
浮球式与光电液位传感器缺点以及解决办法
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