项目三项目三: :电容式接近开关的设计制作电容式接近开关的设计制作 技能训练目标要求技能训练目标要求: :1 1、掌握电容传感器的结构原理；、掌握电容传感器的结构原理；2 2、学会电容接近开关的设计方法与应用电路；、学会电容接近开关的设计方法与应用电路；3 3、进一步掌握锡焊技巧和电路调试方法；、进一步掌握锡焊技巧和电路调试方法；4 4、了解电容式传感器的应用情况；、了解电容式传感器的应用情况；5 5、锻炼同学们的敬业精神和团队意识。、锻炼同学们的敬业精神和团队意识。湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院湖州职业技术学院机电工程分院 传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术:一、电容式传感器概述一、电容式传感器概述1 1、变换原理、变换原理: :将被测量的变化转化为电将被测量的变化转化为电容量变化容量变化2 2、优点：结构简单、灵敏度高、动态响应、优点：结构简单、灵敏度高、动态响应、优点：结构简单、灵敏度高、动态响应、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特性好、适应性强、抗过载能力大及价格特性好、适应性强、抗过载能力大及价格特性好、适应性强、抗过载能力大及价格低廉。低廉。低廉。低廉。3 3、缺点：电容式传感器的泄漏电阻和非线、缺点：电容式传感器的泄漏电阻和非线、缺点：电容式传感器的泄漏电阻和非线、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性等缺点也给它的应用带来一定的局限性等缺点也给它的应用带来一定的局限性等缺点也给它的应用带来一定的局限4 4 4 4、应用：测量压力、力、位移、振动、液、应用：测量压力、力、位移、振动、液、应用：测量压力、力、位移、振动、液、应用：测量压力、力、位移、振动、液位等参数。位等参数。位等参数。位等参数。:二、结构原理与类型二、结构原理与类型 工作原理如图所示：工作原理如图所示：工作原理如图所示：工作原理如图所示：+ A 、A A或或发发生生变变化化时时，都会引起电容的变化。都会引起电容的变化。:（一变面积式电容传感器（一变面积式电容传感器（一变面积式电容传感器（一变面积式电容传感器1 1、直线位移型、直线位移型、直线位移型、直线位移型当动极板移动当动极板移动当动极板移动当动极板移动x x后，后，后，后，电容的改变量为电容的改变量为电容的改变量为电容的改变量为其灵敏度为其灵敏度为其灵敏度为其灵敏度为: 当动片有一角位移时，当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积发生两极板间覆盖面积发生变化，此时电容值为变化，此时电容值为 +2 2、角位移型、角位移型、角位移型、角位移型:3 3、园柱型电容传感器、园柱型电容传感器:（二）（二）（二）（二） 变间隙式电容传感器变间隙式电容传感器变间隙式电容传感器变间隙式电容传感器 其静态电容量为其静态电容量为其静态电容量为其静态电容量为 当活动极板移动当活动极板移动当活动极板移动当活动极板移动x x后，后，后，后，其电容量为其电容量为其电容量为其电容量为:三、电容式接近开关三、电容式接近开关1、原理框图、原理框图 :2、电路原理、电路原理 :3、本卷须知、本卷须知1C4093为为CMOS集成电路，很容易被电烙铁集成电路，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集成电路插座，待电路经检查无误后再把CD4093插入插座。插入插座。2电容电容C4是灵敏度调节电容，若需要该电路以是灵敏度调节电容，若需要该电路以最大灵敏度工作时，可以先调节最大灵敏度工作时，可以先调节C4使继电器刚好使继电器刚好吸合，再调节吸合，再调节C4使继电器刚好断开，然后用高频使继电器刚好断开，然后用高频蜡或绝缘漆把蜡或绝缘漆把C4封牢即可。封牢即可。 :四、例：电容式传声器四、例：电容式传声器四、例：电容式传声器四、例：电容式传声器: 4 4、一般在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质、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，来提高绝缘性，1 1、电容量、电容量C C与与x x不是线性关系，只有当不是线性关系，只有当 x xd d时，才时，才可认为是最近似线形关系。可认为是最近似线形关系。2 2、要提高灵敏度，应减小起始间隙、要提高灵敏度，应减小起始间隙d d过小。过小。3 3、当、当d d过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。高了。5 5、在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可、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。采用差动式结构。 讨论：讨论：讨论：讨论：当当当当x xd d时时时时 那么那么那么那么:振荡电路振荡电路感应电极感应电极被测物体被测物体五、应用五、应用 举例举例1：电容式接近开：电容式接近开关关测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，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由此便可控制开关的接通和关断; ;接近开关的检测物体，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。并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。2:2:电容式转速传感器的结电容式转速传感器的结构原理构原理:思考题思考题 1 1、试试试试分分分分析析析析变变变变面面面面积积积积式式式式电电电电容容容容传传传传感感感感器器器器和和和和变变变变间间间间隙隙隙隙式式式式电电电电容容容容的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度? ?为为为为了了了了提提提提高高高高传传传传感感感感器器器器的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度可可可可采采采采取取取取什什什什么么么么措施并应注意什么问题措施并应注意什么问题措施并应注意什么问题措施并应注意什么问题? ?2 2、为为为为什什什什么么么么说说说说变变变变间间间间隙隙隙隙型型型型电电电电容容容容传传传传感感感感器器器器特特特特性性性性是是是是非非非非线线线线性性性性的的的的? ?采取什么措施可改善其非线性特征采取什么措施可改善其非线性特征采取什么措施可改善其非线性特征采取什么措施可改善其非线性特征? ? :