《电容式传感器WL》PPT课件

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1、4.1工作原理及类型电容式传感器将被测量的变化转换成电容的变化。2.类型变极距型(变间隙型）变面积型变介电常数型电极板形状有平板形、圆筒形和球面形三种。第4章电容式传感器1.工作原理两个平行金属极板组成的电容器，不考虑边缘效应，其电容为C=S/dε―两个极板间介质的介电常数；S―两个极板相对有效面积；d―两个极板间的距离+++dS变极距型电容传感器变面积型电容传感器变介电常数型电容传感器4.2电容传感器的灵敏度及非线性变极距型的平板电容传感器的灵敏度变面积型变介电常数型当极板间距有一个增量Δd时，则传感器电容为：假设极板间只有一种介质，

2、其初始电容值为：灵敏度k为：为在较大的范围内使用变极距型传感器，可适当地增大初始极板间距d0，以保证d/d0不致过大，但会带来灵敏度下降的缺点，同时使电容传感器的初始电容值减小，寄生电容的干扰作用将增加。当d/d0很小时才近似为线性关系→测量范围不应太大。常采用差动式电容传感器，灵敏度提高一倍，非线性大为减小。变面积型和变介电常数型电容传感器具有很好的线性。但该结论都是忽略了边缘效应得到的。实际上由于边缘效应，仍存在非线性问题，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。4.3电容式传感器的特点及等效电路4.3.1电容式传感器的特点优点：①温度稳

3、定性好②结构简单、适应性强③动态响应好④可以实现非接触测量，具有平均效应缺点：①输出阻抗高，负载能力差②寄生电容影响大③输出特性非线性4.3.2电容式传感器的等效电路4.4电容式传感器的设计要点4.4.1保证绝缘材料的绝缘性能必须从选材、结构、加工工艺等方面来减小温度、湿度等误差，保证绝缘材料具有高的绝缘性能。4.4.2消除和减小边缘效应等位环3和电极2等电位，使得电极2的边缘电力线平直，极间电场基本均匀，发散的边缘电场发生在等位环3的外周。边缘效应使电容式传感器的灵敏度降低，产生非线性。适当减小极间距→易产生击穿，限制测量范围结构上增设等

4、位环4.4.3消除和减小寄生电容的影响寄生电容与传感器电容关联，影响传感器的灵敏度，而它的变化则为虚假信号，影响仪器的精度。增加初始电容值减小极间距，增加有效面积或长度消除和减小寄生电容的方法接地屏蔽圆筒形电容传感器注意传感器的接地和屏蔽将传感器与电子线路的前置级装在一个壳体内，省去传感器至前置级的电缆。“驱动电缆”技术电路采用“驱动电缆”技术（“双层屏蔽等位传输”技术）“驱动电缆”。使用运算放大器法运算放大器法电路整体屏蔽法4.4.4防止和减小外界干扰屏蔽和接地。增加初始电容值，降低容抗。导线和导线要离得远，以减小导线间分布电容的静电感应

5、。导线尽可能短，最好成直角排列，必须平行排列时可采用同轴屏蔽线。尽可能一点接地，避免多点接地。地线要用粗的良导体或宽印制线。尽量采用差动式电容传感电路，减小非线性误差，提高传感器灵敏度，减小寄生电容的影响和干扰。4.5电容式传感器的转换电路电容式传感器把被测量转换成电容C0，需要将C0进一步转换成电压、电流、频率等电量参数，便于信号的传输、放大、运算、处理、指示、记录、控制，并得到所需的测量结果或控制某些设备工作。调制型转换电路（调频、调幅）脉冲型转换电路/电容充放电器（双T型、脉冲调宽型）4.5.1调制型转换电路调频电路调幅电路1．交流激

6、励法图4-11交流激励法基本原理图图4-12谐振曲线图2.交流电桥法CxC0C0C04.5.2脉冲型电路脉冲型转换电路的基本原理是利用电容的充放电特性。图4-14双T形充放电网络双T形充放电网络图4-15双T形充放电网络等效电路脉冲调宽型电路图4-16脉冲调宽型电路原理图2图4-17各点电压波形图4.6电容式传感器应用举例电容传感器可用来测量直线位移、角位移，振动振幅（可测至0.05μm的微小振幅），尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、差压力、液位、料位、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度

7、、电介质的湿度、密度、厚度等。当测量金属表面状况、距离尺寸、振动振幅时，往往采用单电极式变极距型电容传感器，这时被测物是电容器的一个电极，另一个电极则在传感器内。图4-19差动式电容压力传感器P1P2图4-21电容式加速度传感器图4-22电容式料位传感器图4-23电容式振动位移传感器图4-24电容式振动位移传感器应用电容式测厚轧辊工作极板被测带材转速测量12341—齿轮2—定极3—电容传感器4—频率计