传感检测技术及其应用 06

《传感检测技术及其应用 06》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、传感检测技术及其应用第二篇典型传感器的原理及其应用技术Saturday,October02,2021第六章电容式传感器及应用掌握电容式传感器工作原理。了解电容式传感器主要类型及各自的主要特点。了解解电容式传感器的测量电路和主要应用。10/2/20212将被测量的非电量转换为自身电容的一种传感器。两平行极板组成的电容器,它的电容量为:当被测量d、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。6.1电容式传感器工作原理式

2、中——真空介电常数，8.85×10-12（F/m）；——极板间介质的相介电常数；——极板相互遮盖的面积(m2)；d——极板距离(m);——介质的相对介电常数。10/2/202131.空气介质极距变化型极距变化型电容式传感器的结构原理见下图。根据式6.2电容式传感器的类型一、极距变化型(3.4-3)当极板间距减小d时，电容为：电容增量为：10/2/20214当d/d0<<1时，忽略非线性项，有：电容相对变化量当极板间距增大d时，电容相对变化量灵敏度相对非线性误差10/2/20215实际中，为了提

3、高灵敏度等常采用差动形式。10/2/20216则有灵敏度非线性相对误差10/2/202172、加固体介质的极距变化型电容传感器减小间隙能提高灵敏度，但又易击穿，为此，经常在两极片间加一层介电常数值高一些的介电物质，如云母、塑料膜等。10/2/20218二、面积变化型包括线位移型（平面线位移和圆柱体线位移）和角位移型两种。10/2/20219线位移型电容式传感器有平面线位移型和圆柱线位移型两种。(3.4-8)1.平面线位移型相对变化灵敏度10/2/202110灵敏度为2.角位移型电容变化量灵敏度3.圆

4、柱形线位移型起始电容为10/2/202111当有位移△x时10/2/202112构成差动筒型电容传感器时10/2/202113三、介质变化型这种传感器大多用于测量电介质的厚度、位移、液位等。(3.4-12)(3.4-13)10/2/202114如右图，厚度为2的介质（2为其介电常数）在电容器中左右运动，由于电容器中介质的介电常数改变，电容量改变。设电容器极板宽度为b，介质2的宽度大于等于b。10/2/202115当极板间无介质2时，存在介质时，C=CA+CB（并联）其中：1=-2从而：

5、10/2/202116显然，灵敏度为常数，输入输出成线性关系。灵敏度10/2/2021176.3电容式传感器的测量电路一、普通交流电桥初始二、变压器电桥10/2/202118当C1，C2为差动电容传感器的电容时，则有也可以用右边的电桥uiUi/2Ui/2C1C2放大相敏检波滤波10/2/202119三、调频电路10/2/202120四、运算放大器电路五、电容式传感器特点1.功率小、阻抗高；2.静电力小、动态特性好；3.本身发热量小；4.结构简单；5.初始电容小，分布电容、寄生电容影响大。10/2/2

6、021216.4电容式传感器误差分析、补偿及应用一、误差分析和补偿1.减小环境温度、湿度等变化所产生的误差，保证绝缘性。2.消除和减小边缘效应。10/2/2021223.消除和减小寄生电容的影响①增加原始电容值可减小寄生电容的影响。②注意传感器的接地和屏蔽。③尽量采用差动式电容传感器，可减小非线性误差，提高灵敏度，减小寄生电容的影响以及减小干扰。二、电容式传感器应用1.电容式压力传感器10/2/2021232.电容式位移传感器3.电容式加速度传感器10/2/2021243.电容式液位传感器10

7、/2/202125三、MEMS电容加速度传感器10/2/20212610/2/20212710/2/20212810/2/20212910/2/202130四、电容传感器应用示例例1.有一变极间距离的差动电容传感器，其结构如图6－20所示，选用变压器交流电桥作为测量电路。差动电容器参数：r=12mm,d1=d2=d0=0.6mm,空气介电常数ε＝ε0＝8.85×10-12F/m；测量电路参数：Usr=3sinωt(V).试求动极板上输入位移（设向上位移）△x＝0.05mm时，电桥输出端电压Usc?解

8、：起始时C1=C2=C010/2/202131因△x<