传感器电容式

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1、第四章电容式传感器本章学习电容式传感器的工作原理、测量转换电路及其应用。2021/9/81电容式传感器定义：将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。应用：位移、加速度、液位、振动及湿度。2021/9/82第一节电容式传感器的工作原理及结构形式2021/9/83A——极板相对覆盖面;d——极板间距离；εr——相对介电常数；ε0——真空介电常数；ε0＝8.854×10-12(F/m)ε——电容极板间介质的介电常数。ε=ε0εrδSε一、工作原理由物理学可知，又两平行板组成的平行板电容器，如果不考虑边缘效应，其电

2、容量为：dA2021/9/84请思考：上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？由物理学可知，又两平行板组成的平行板电容器，电容传感器的基本理想公式为：2021/9/85改变A、d、三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C改变。固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。由物理学可知，又两平行板组成的平行板电容器，电容传感器的基本理想公式为:2021/9/861、变面积（A）式电容传感器图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。

3、图b是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移度时，两极板的遮盖面积A就减小，因而电容量也随之减小。图c是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。2021/9/87可见，增加极板长度b，减小两板间距d都可以提高传感器的灵敏度。但d太小时，容易引起短路。此传感器的灵敏度K可用下式求得对于图a平板形位移电容传感器，当动极板移动x后：C0——初始电容值灵敏度为常数线性关系2021/9/88变面积式电容传感器的特性变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度是常数。

4、这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。你能否画出变面积式电容传感器的输出特性曲线??2021/9/89电容器在非电量电测中作为测量位移的传感器来使用；在电子仪表中作为元器件来使用。大家都用过收音机。当你搜寻电台时有没有想过，收音机是依靠什么元器件来调谐电台的呢？2021/9/810如果打开收音机的后盖，就可以看到与调谐旋钮联动的是一个旋转式可变电容器。当你顺时针旋转调谐旋钮时，变面积式可变电容器的动片就随之转动，改变了与定片之间的覆盖面积A，电容量C也就越来越小，谐振频率也随之改变,从而可以从55

5、0kHz逐渐增加到1650kHz，就可以从一个电台转换到另一个电台。2021/9/8112、变极距（d）式电容传感器C与d的关系:为一双曲线电容量Cx与d不是线性关系，其灵敏度也不是常数。当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围变大还是变小？2021/9/812当d0较小时，该种类型的传感器灵敏度较高，微小的位移即可产生较大的电容变化量。实际使用时，总是使初始极

6、距d0尽量小些，以提高灵敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点。故该类传感器只适用于微米数量级的位移测量。结论：2021/9/8133、变介电常数（ε）式电容传感器因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。几种介质的相对介电常数2021/9/814根据上表，分析不同介质对变介电常数电容器的影响。请问：在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么非电量？2021/9/815根据各种介质的介电常数不同，检测液面高度下图为

7、电容液位计，同心圆柱状极板，插入液体深度h，两极板间构成电容式传感器（并联）液体介质电容气体介质电容2021/9/816输出电容C与液面高度h成线性关系其灵敏度为：2021/9/8174、差动电容传感器在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，减小非线性，常常把传感器做成差动形式。变极距式差动电容器旋转形差电容器圆柱形差动电容器2021/9/818如图a)，中间的极板为动极板，上下两块为定极板。当动极板向上移动x距离后，一边的间隙变为d-x，而另一边则为d+x。电容C1和C2成差动变化，即其中一个电容量增加，而另一

8、个电容量则相应减小。将C1、C2接成差动形式后，能使灵敏度提高一倍。请思考：我们已经学习了哪些差动形式？2021/9/819休息一下2021/9/820第二节电容式传感器的测量转换电路2021/9/821电容式传感器把被测物理量转换为电容变化后,将电容量转换成电量的电路称作电容式传感器的转换电路。转换电路实现将微小的电容变化转换为电压、电流或频率等信号。电容转换电路有电桥电路、调频电路