课件26电容传感器.ppt

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1、2.5电容式传感器SHENYANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器，可用于位移、震动、压力和液位等物理量的测量。结构简单、高分辨力、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，这是它的独特优点。缺点是寄生电容和外界干扰影响严重。电容式传感器工作原理、结构和特性由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，当忽略边缘效应影响时，其电容量与真空介电常数ε0(8.854×10－12F/m)、极板间介质的相

2、对介电常数εr、极板的有效面积A以及两极板间的距离δ有关：C=ε0εrA/δ若被测量的变化使式中δ、A、εr三个参量中任意一个发生变化时，都会引起电容量的变化，再通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。变极距型电容传感器下图为这种传感器的原理图。当传感器的εr和A为常数，初始极距为δ0，由式可知其初始电容量C0为变面积型电容传感器它与变极距型不同的是，被测量通过动极板移动，引起两极板有效覆盖面积A改变，从而得到电容的变化。设动极板相对定极板沿长

3、度ｌ0方向平移Δｌ时，则电容为为初始电容。电容的相对变化量为适合于测量较大的直线位移和角位移变介质型电容传感器这种电容传感器有较多的结构型式，可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。图4.8为原理结构。图(a)中两平行极板固定不动，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，从而改变两种介质的极板覆盖面积。传感器的总电容量C为两个电容C1和C2的并联结果。由式(4-1)(4-19)变介质型电容传感器(a)电介质插入式；(

4、b)非导电流散材料物位的电容测量式中ｌ0、b0——极板长度和宽度；ｌ——第二种电介质进入极间的长度。若电介质ｌ为空气(εr1＝1)，当ｌ＝0时传感器的初始电容；当介质2进入极间ｌ后引起电容的相对变化为可见，电容的变化与电介质2的移动量ｌ成线型关系。上述原理可用于非导电散材物料的物位测量。如图(b)所示，将电容器极板插入被监测的介质中，随着灌装量的增加，极板覆盖面增大。由式(4-20)可知，测出的电容量即反映灌装高度ｌ。随着电容式传感器应用问题的完善解决，它的应用优点十分明显：(1)分辨力

5、极高，能测量低达10-7的电容值0.01μm的绝对变化量和高达(ΔC/C＝100%～200%的相对变化量，因此尤适合微信息检测；(2)动极质量小，可无接触测量；自身的功耗、发热和迟滞极小，可获得高的静态精度和好的动态特性；(3)结构简单，不含有机材料或磁性材料，对环境(除高湿外)的适应性较强；(4)过载能力强。电容式传感器及其应用