[工学]mtilecture06电容式传感器

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1、纳米级超高精度电容式传感器AS-5000超高分辨率：0.0025μm反应频率：5kHz价格经济、功能超强能对极难检测的微小物体进行检测，且检测能力好上40倍具有超高精度、稳定性、重复性和分辨率被动式电容探头具有特别的温度稳定性AS-9000纳米级超高精度电容式传感器高分辨率：纳米级响应频率：20KHz特性：AS-9000是具有超高精度、稳定性、高频率和分辨率的电容式传感器。其频率响应可达20KHZ，噪音标准为0.01Mvrms/HZ.AS-9000可与MTI的标准和微型探头配合使用。AS-9000有单通道和双通道两种型号。双通道适用于数值求和放大或不同的测

2、量。AS-9000提供系统所需电源,相关振荡器、前面板输入连接和操作控制。各种形状和尺寸的探头，包括圆柱形、长方型、扁平型。标准探头可抗温达204℃，高温型探头抗温可达500℃。电容式传感器1、变换原理:将被测量的变化转化为电容量变化。2、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低廉。3、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。4、应用：测量压力、力、位移、振动、液位等参数。3.1电容式传感器的原理与类型电容式传感器的基本工作原理如图所示，从中可看出，є，A，d三个参数都直接影响着电容量C的大小。

3、所以电容式传感器可以分为三种类型：+++Aδ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。改变极板面积的变面积式；改变极板距离的变间隙式；改变介电常数的变介电常数式。3.1.1变面积式电容传感器（1）直线位移型当动极板移动△x后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为其灵敏度为变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输出与输入呈线形关系。下图是角位移型电容式传感器。当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从而导致电容量的变化，此时电容值为角位移型+++（2）角位移型（3）园柱型电容传感器下图是园柱型，当动极板有一线位移时，两极板间覆盖面积就发生变化

4、，从而导致电容量的变化3.1.2变间隙式电容传感器（改变极间距离）下图为变间隙式电容传感器的原理图。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板之间的电容量C就改变了。设极板面积为A，其静态电容量为，当活动极板移动x后，其电容量为例：电容式传声器4、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，1、电容量C与x不是线性关系，只有当x＜＜d时，才可认为是最近似线形关系。2、要提高灵敏度，应减小起始间隙d过小。3、当d过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。5、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。讨论：当x＜＜d

5、时则3.1.3变介电常数式电容传感器1）当电介质改变时，电容量也会变化，可用下式表示。上图为介质面积变化的电容式传感器。这种传感器可用来测量物位或液位，也可测量位移。振荡电路感应电极被测物体2）应用举例1：电容式接近开关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;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。3.1.4差动电容式传感器图4-63变气隙式差动电容传感器原理3.2常用测量电路3.2.1双T电

6、桥电路1）测量电路电路原理如图所示。图中C1、C2为差动电容式传感器的电容，RL为负载电阻，V1、V2为理想二极管，R1、R2为固定电阻。2）原理分析见下图图3.2.1双T电桥电路C1C2R2R1RL～uV2V1常用电路有:双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调制电路、调频电路。当V1导通、V2截止时C1充电；反之V1截止、V2导通时C2充电，由图中可以看出，一路通过R1、RL，另一路通过R2、RL、V2，这时流过RL的电流为i1。若C1或C2变化时，在负载RL上产生的平均电流将不为零，因而有信号输出。I.有一个公共接地点。II.V1和V2工作在伏安特性

7、的线性段。III.输出电压较高。IV.灵敏度与电源频率有关。V.可以用作动态测量。3）双T电桥电路的特点：例4-6图4-64是电容式自动平衡液位测量仪原理框图，试求指针偏转角θ与液位h的表式。图4-64电容式自动平衡液位测量仪原理框图3.2.2运算放大器式测量电路电路的原理如上图所示。其输出电压以代入上式，则有输出电压u0与动极片位移d成线性关系。3.2.3差动脉冲调制电路这种电路根据差动电容C1和C2的大小控制直流电压的通断，所得方波与C1和C2有确定的函数关系。线路的输出端就是双稳态触发器的两个输出端。当C1=C2时，两个电容充电时间常数相等，两个输出

8、脉冲宽度相等输出电压的平均值为零。反之不为零，且T1正比于C1，而