电容式传感器

《电容式传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、课题第四章电容式传感器第一节　电容式传感器的基本概念及主要特点第二节　电容式传感器的工作原理及结构形式课型新课授课班级授课时数2教学目标1．理解电容式传感器的基本概念和特点。2．掌握电容式传感器的工作原理及结构形式。教学重点1．电容式传感器的基本概念。2．电容式传感器的工作原理及3种结构形式。教学难点三种类型电容式传感器的电容变化量计算。学情分析教学效果教后记11新授课A、复习电阻式传感器。B、新授课第一节　电容式传感器的基本概念及主要特点一、基本概念电容式传感器是以不同类型的电容器作为传感元件，并通过电容传感元件把被测物理

2、量的变化转换成电容量的变化，然后再经转换电路转换成电压、电流或频率等信号输出的测量装置。二、主要特点①结构简单，易于制造。②功率小、阻抗高、输出信号强。③动态特性良好。④受本身发热影响小。⑤可获得比较大的相对变化量。⑥能在比较恶劣的环境中工作。⑦可进行非接触式测量。⑧电容式传感器的不足之处。主要是寄生电容影响比较大；输出阻抗比较高，负载能力相对比较大；输出为非线性。第二节电容式传感器的工作原理及结构形式一、工作原理电容式传感器的工作原理可以从图4-1所示的平板式电容器中得到说明。由物理学可知，由两平行极板所组成的电容器，如果

3、不考虑边缘效应，其电容量为图4-1平板式电容器式中，A——两极板相互遮盖的面积（mm2）d——两极板之间的距离（mm）ε——两极板间介质的介电常数（F/m）由以上计算公式可见，当被测量使A，δ，ε三个参数中任何一项发生变化时，电容量就要随之发生变化。二、结构形式1．变面积（A）型电容式传感器变面积型电容传感器的结构原理如图4-2所示。图中（a）、（b）为单边式，（c）为差分式；（a）、（b（提问）（与电阻是对比介绍）（简要分析原因）（讲解）11）也可做成差分式。图中1，3为固定板，2是与被测物相连的可动板，当被测物体带动可动

4、板2发生位移时，就改变了可动板与固定板之间的相互遮盖面积，并由此引起电容量C发生变化。对于如图4–2（a）所示的平板式单边直线位移式传感器，若忽略边缘效应，其电容变化量为4-2变面积型电容式传感器结构原理图（a）单边直线位移式（b）单边角位移式（c）差分式式中，b——极板宽度a——极板起始遮盖长度Δa——动极板位移量ε——两极板间介质的介电常数δ——两极板间的距离C0——初始电容量这种平极单边直线位移传感器的灵敏度S为S=ΔC/dx=εb/δ=常数对于如图4-2（b）所示的单边角位移型传感器，若忽略边缘效应，则电容变化量为式

5、中，α——覆盖面积对应的中心角度r——极板半经∆α——动极板的角位移量这种单边角位移式传感器的灵敏度为式中，A0——电容器起始覆盖面积θ——动板的角位移量实际应用时，为了提高电容式传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差分式，如图4-2（c）所示。中间的极板2为动板，上、下两块（即板1和3）为定板。当动板向上移动一个距离x后，上极距就要减少一个x，而下极距就要增加一个x，从而引起上、下电容变化。差接后的这种传感器灵敏度可提高一倍。2．变极距（δ）型电容式传感器图4-3为变极距型电容式传感器结构原理图。图中1和3为固定极

6、板，2为可动极板（或相当于可动极板的被测物），其位移由被测物体带动。从图4-3（a），（b）（讲解）（讲解）（区别三种变面积型电容式传感器）11可看出，当可动极板由被测物带动向上移动（即δ减小）时，电容值增大，反之电容值则减小。图4-3变极距型电容式传感器结构原理图（a）被测物与可动极板相连（b）被测物为可动极板（c）差分式设极板面积为A，初始距离为δ0，以空气为介质时，电容量C0为C0=ε0A/δ0。当间隙δ0减小Dδ变为δ时（设Dδ<<δ0），电容C0增加DC变为C，即图4-4C—d特性曲线图电容C与间隙δ之间的变化特性

7、如图4-4所示。电容式传感器的灵敏度用S表示，其计算公式为在实际应用时，为了改善其非线性、提高灵敏度和减小外界的影响，通常采用图4-3（c）所示的差分式结构。这种差分式传感器与非差分式的相比，灵敏度可提高一倍，并且非线性误差可大大降低。差分式电容式传感器的灵敏度计算公式为S（差）=DC/C=2∆δ/δ。3．变介电常数（ε）型电容式传感器变介电常数型电容式传感器的结构原理如图4-5所示。其中图（a）中的两平行极板为固定板，极距为δ0，相对介电常数为εr2的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变了两种介质极板的覆盖面积。于是传感

8、器总的电容量C应等于两个电容C1和C2的并联之和，即图4-5变介电常数型电容式传感器（讲解）（讲解）11（a）电介质插入式（b）绝缘物位检测式中，l0，b0——极板的长度和宽度l——第二种介质进入极板间的长度当介质1为空气，l=0时，传感器的初始电容C0=ε0εrl0b0/δ0；当介质2进