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1、电容式接近开关的使用(物位检测)(2)2022/9/211本讲稿第一页，共二十二页最聪明的水龙最聪明的水龙头：电容式感头：电容式感应式应式2022/9/212本讲稿第二页，共二十二页振荡电路振荡电路感应电极感应电极被测物体被测物体二、相关知识二、相关知识1.什么是电容式接近开关什么是电容式接近开关 2022/9/213本讲稿第三页，共二十二页 这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体
2、移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使的接近，总要使电容的介电常数发生变化电容的介电常数发生变化，从而，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。液体或粉状物等。2022/9/214本讲稿第四页，共二十二页 被检测物体可以被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含
3、水的物体（例如饲料、人体等）绝缘体、含水的物体（例如饲料、人体等）；可；可以是接地的，也可以是不接地的。以是接地的，也可以是不接地的。调节接近开关调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。同来改变动作距离。2022/9/215本讲稿第五页，共二十二页电容式接近开关外形电容式接近开关外形齐平式齐平式非齐平式非齐平式2022/9/216本讲稿第六页，共二十二页非齐平式非齐平式接近开关的安装接近开关的安装 非齐平式安装时，传感器高于安装非齐平式安装时，传感器高于安装支架，易损坏。支架，易损坏。2022/9/217本讲稿第七页，共二十
4、二页全密封防水式全密封防水式远距离式（大量程）远距离式（大量程）2022/9/218本讲稿第八页，共二十二页2022/9/219本讲稿第九页，共二十二页2 工作原理2022/9/2110本讲稿第十页，共二十二页 电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很像很像“打开的打开的”电容电极，该两个电极构成一个电容，电容电极，该两个电极构成一个电容，串接在串接在RCRC振荡回路内。振荡回路内。当一个目标朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增当一个目标朝着电容器的电极靠近时，电容器的容量增加。通过后极电路的处理，将停振和振荡两种信号转换成开加。通过后极电路
5、的处理，将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测到金属物体，也能检测到非金属物体，对金属物体可获检测到金属物体，也能检测到非金属物体，对金属物体可获得最大的动力作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的得最大的动力作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数介电常数。分析原理：2022/9/2111本讲稿第十一页，共二十二页三、相关技能三、相关技能（一）如何提高电容式传感器的精度（一）如何提高电容式传感器的精度1 1、温度对结构尺寸的影响及解决方法、温度对结构尺寸的影响及解决方法2 2、电容电场的
6、边缘效应、电容电场的边缘效应 3 3、寄生电容的影响、寄生电容的影响 实际中存在的问题及解决方法实际中存在的问题及解决方法2022/9/2112本讲稿第十二页，共二十二页1 1、温度对结构尺寸的影响及解决方法、温度对结构尺寸的影响及解决方法 环境温度的改变将引起电环境温度的改变将引起电容式传感器各部分零件几何容式传感器各部分零件几何尺寸和相互间几何位置的变尺寸和相互间几何位置的变化，从产生附加电容变化。化，从产生附加电容变化。而产生附加电容变化。尤其而产生附加电容变化。尤其对于变间隙型电容传感其极对于变间隙型电容传感其极板间距仅为几十微米至几百板间距仅为几十微米至几百微米，温度引起的尺寸相对微
7、米，温度引起的尺寸相对变化就可能相当大，从而造变化就可能相当大，从而造成很大的特性温误差成很大的特性温误差 动极板动极板定极板定极板绝缘材料绝缘材料2022/9/2113本讲稿第十三页，共二十二页2 2、温度对结构尺寸的影响及解决方法、温度对结构尺寸的影响及解决方法由上式可见，在设计电容传感器时，应首先根据合理的初始电容量决定间隙d0，然后根据材料的线膨胀系数适当地选择h1和h2，以尽量满足上式的温度补偿条件。1、选用温度膨胀系数小、几何尺寸稳定的材料。（陶瓷、铁镍合金）2、采用差动对称结构。3、在测量电路中加以补偿。2022/9/2114本讲稿第十四页，共二十二页2 2、电容电场的边缘效应、
8、电容电场的边缘效应 理想条件下，平行板电容器的理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板相互覆盖的电场均匀分布于两极板相互覆盖的空间，但实际上，在极板的边缘附空间，但实际上，在极板的边缘附近，电场分布是不均匀的，从而使近，电场分布是不均匀的，从而使电容的实际计算公式变得相当复杂。电容的实际计算公式变得相当复杂。这种电场的边缘效应相当于传感器这种电场的边缘效应相当于传感器并联了一个附加电容，其结果使传并联了一个附加电容，其结果使传感器的灵敏度下降和非线性增加。感器的灵敏度下降和非线性增加。2022/9/2115本讲稿第十五页，共二十二页2 2、电容电场的边缘效应、电容电场的边缘效应解决方法：
9、解决方法：1首首先先应应增增大大电电容容器器的的初初始始电电容容量量，即即增增大大极板面积和减小极板间距。极板面积和减小极板间距。2加装等位环加装等位环。如图所示，在极板如图所示，在极板A的同一平面内加一的同一平面内加一个同心环面个同心环面G。A和和G在电气上相互绝缘，在电气上相互绝缘，二者之间的间隙越小越好。这就可使二者之间的间隙越小越好。这就可使A、B间的电场接近理想的均匀分布了。加装间的电场接近理想的均匀分布了。加装等位环的电容器有三个端子等位环的电容器有三个端子A、B、G。2022/9/2116本讲稿第十六页，共二十二页 3 3、寄生电容的影响、寄生电容的影响 我我们们知知道道，任任何
10、何两两个个导导体体之之间间均均可可构构成成电电容容联联系系。电电容容式式传传感感器器除除了了极极板板间间的的电电容容外外，极极板板还还可可能能与与周周围围物物体体(包包括括仪仪器器中中的的各各种种元元件件甚甚至至人体人体)之间产生电容联系，这种电容称为寄生电容。之间产生电容联系，这种电容称为寄生电容。由由于于传传感感器器本本身身电电容容很很小小，所所以以寄寄生生电电容容可可能能使使传传感感器器电电容容量量发发生生明明显显改改变变；而而且且寄寄生生电电容容极极不不稳稳定定，从从而而导导致致传传感感器器特特性性的的不不稳稳定定，对传感器产生严重干扰。对传感器产生严重干扰。解决方法：解决方法：1、静
11、电屏蔽。（、静电屏蔽。（即将电容器极板放置在金属壳体内，并将壳体良好接地。）即将电容器极板放置在金属壳体内，并将壳体良好接地。）2、引出线也必须用屏蔽线，且屏蔽线外、引出线也必须用屏蔽线，且屏蔽线外3、采采用用驱驱动动电电缆缆技技术术，也也称称双双层层屏屏蔽蔽等等电电位位传传输输技技术术。将将电电极极引引出出线进行内外双层屏蔽线进行内外双层屏蔽2022/9/2117本讲稿第十七页，共二十二页（二）典型工业用接近开关（二）典型工业用接近开关图图4-16 CLG4-16 CLG型型M1870M1870电容式接近开关外型图电容式接近开关外型图2022/9/2118本讲稿第十八页，共二十二页电容式接近开关在液位测量控制中的使用电容式接近开关在液位测量控制中的使用2022/9/2119本讲稿第十九页，共二十二页 电容式接近开关在电容式接近开关在 液液位物位测量控制中的使用位物位测量控制中的使用2022/9/2120本讲稿第二十页，共二十二页 电容式接近开关在物位测量控制电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示中的使用演示2022/9/2121本讲稿第二十一页，共二十二页不同材料的非金属检测物对电容式接近开不同材料的非金属检测物对电容式接近开关动作距离的影响关动作距离的影响2022/9/2122本讲稿第二十二页，共二十二页