《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）基于研究项目——电容料位指示仪的研究

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研究型教学1：电容料位指示仪研究法拉电容

本章主要内容。4.1电容式传感器的工作原理 ·4.2电容式传感器主要性能 ●4.3电容式传感器的特点和设计要点 ●4.4电容式传感器测量电路。4.5电容式传感器的应用

本章主要内容 ⚫ 4.1 电容式传感器的工作原理 ⚫ 4.2 电容式传感器主要性能 ⚫ 4.3 电容式传感器的特点和设计要点 ⚫ 4.4 电容式传感器测量电路 ⚫ 4.5 电容式传感器的应用

1.对电容传感器实物认识电容式精密测量仪电容式传感器电容压力传感器电容式物位传感器将检测变化转为电容 @ 9280 HPR 简宁电 ZCS1100精密电容位移传感器电容式接近开关CR18-8DN 电容压力变送器

1.对电容传感器实物认识电容式传感器将检测变化转为电容电容式精密测量仪电容压力传感器电容压力变送器电容式物位传感器 ZCS1100精密电容位移传感器电容式接近开关CR18-8DN

电容传感器原理图测原理外壳磁场屏蔽环电容传感器电容传椒器实物探头磁力线测量范围选样时需要考山下儿点 (门)基本测量参数是否满足要求，主要包括量程，测量精度和分辨率，允许的安装距离和空间。这个要根据具体测量任务来定，不要全都追求很高的参数，因为这些参数之间有一定关系。比如量程大必然带来较差的精度和分辨率。各项参数都比较高的传感器也必然更贵。目前探头的尺寸有很多种选择，通常探头直径越大，测量范围越大，精度也会下降： (2)被测物材质，电容传感器要求被测物导电，否则无法使用。但是导电性不一定很好，我见过测蓝宝石或者水膜的应用，都可以用电容传感器 (3)使用环境：电容传感器源于其测量原理，探头作为电容一个极板，被测物作为另外一个极板。影响电容值的可变量包括极板正对面积，距离和其间的介电常数。要想将距离和电容值成线性关系，就要固定另外两个值不变。而如果环境中有水，油，灰尘和其他杂质，就会改变介电常数，从而影响测量结果： (4)电容传感器是面测量，也就是说它取探头正对面面积内距离平均值。也就是说不能测量微小量，比如轻微的划伤，变色，就算能测出来，结果也不真实： (5)如果测量对精度，稳定性和重复性要求高，推荐看德国米铱LMⅡ等品牌，广泛用于高精度测量领域。比如光刻机，我所知道最牛的光刻机AS就都用米依的位移传感

选择时需要考虑如下几点：（1）基本测量参数是否满足要求，主要包括量程，测量精度和分辨率，允许的安装距离和空间。这个要根据具体测量任务来定，不要全都追求很高的参数，因为这些参数之间有一定关系。比如量程大必然带来较差的精度和分辨率。各项参数都比较高的传感器也必然更贵。目前探头的尺寸有很多种选择，通常探头直径越大，测量范围越大，精度也会下降；（2）被测物材质，电容传感器要求被测物导电，否则无法使用。但是导电性不一定很好，我见过测蓝宝石或者水膜的应用，都可以用电容传感器；（3）使用环境：电容传感器源于其测量原理，探头作为电容一个极板，被测物作为另外一个极板。影响电容值的可变量包括极板正对面积，距离和其间的介电常数。要想将距离和电容值成线性关系，就要固定另外两个值不变。而如果环境中有水，油，灰尘和其他杂质，就会改变介电常数，从而影响测量结果；（4）电容传感器是面测量，也就是说它取探头正对面面积内距离平均值。也就是说不能测量微小量，比如轻微的划伤，变色，就算能测出来，结果也不真实；（5）如果测量对精度，稳定性和重复性要求高，推荐看德国米铱和LMI等品牌，广泛用于高精度测量领域。比如光刻机，我所知道最牛的光刻机ASML就都用米铱的位移传感器。电容传感器原理图电容传感器实物探头

2.电容式传感器的理论基础返回上一页下一页

2.1平行板电容器工作原理 eS e,6oS 三 8 S 极板相对覆盖面积：极板间距离； c,—相对介电常数：真空介电常数，；电容极板间介质的介电常数。返回上一页下一页

2.1 平行板电容器工作原理 C S S r = =      0 S ——极板相对覆盖面积； δ ——极板间距离； εr——相对介电常数； ε0——真空介电常数，； ε ——电容极板间介质的介电常数。 δ S ε 返回上一页下一页

三霄娇語程 h ( (k) 变极距(s)型：(a)、(e) 变面积型(S)型：(b、(c、(d)、(f、(g)(h) 变介电常数(e)型：()~() 返回一页一页

变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h）变介电常数(ε )型: （i）～(l) 返回上一页下一页

2.2变极距型电容传感器理论基础初始电容 d 若极距缩小△d △d C.(1+ Co C=C。+△C= 808S d-△d 非线性关系 d 若△d/d<<1时，则上式可简化为 C。+( 最大位移应小于间距的1/10，实际应用采用差动式提高灵敏度改善其非线性。返间上一页下一页

2.2 变极距型电容传感器理论基础 d s C r  0 0 = 2 0 0 0 0 1 (1 ) 1        −  + =  − = −  = +  = d d d d C d d C d d s C C C r   非线性关系若△d/d<<1时，则上式可简化为 d d C C C  = 0 + 0 若极距缩小△d 最大位移应小于间距的1/10 ，实际应用采用差动式提高灵敏度改善其非线性。初始电容返回上一页下一页

2.3变面积型电容传感器理论基础当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为 △C=C-C。 8o8,(a-△x)b d △C与△x间呈线性关系返回上一页下一页

2.3 变面积型电容传感器理论基础当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为 d a x b C C C r ( ) 0 0 −   = − =   △C与△x间呈线性关系返回上一页下一页

3.电容料位指示仪测量电路设计

3. 电容料位指示仪测量电路设计

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