电容式传感器 课件.ppt

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1、电容式传感器一、电容传感器简介二、电容传感器的分类及工作原理三、电容的选择四、放大电路一、电容传感器简介电容传感器是一种将被测非电量的变化转换成电容式变化的传感器。电容式传感器具有灵敏度高、稳定性好、结构简单、使用寿命长以及可以进行非接触测量等特点，非常适合在高潮湿、高尘埃及超高低温等恶劣环境下长期使用，广泛应用于压力、差压、液压、振动、加速度、成分含量等方面的测量。二、电容式传感器的分类及工作原理分类：按工作方式分类1.变极距型电容传感器2.变面积型电容传感器3.变介电常数型电容传感器1变极距型电容传感器S——极板

2、相对覆盖面积；d——极板间距离；εr——相对介电常数；ε0——真空介电常数；ε——电容极板间介质的介电常数。dSε固定极板A活动极板B保持其中两个参数不变，仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。dSε固定极板A活动极板B初始电容:若极距缩小△d非线性关系若△d/d<<1时，则上式可简化为:最大位移应小于间距的1/10差动式改善其非线性两极板的有效作用面积及极板间的介质保持不变，则电容量C随极距d按非线性关系变化，分析动极板2未动时传感器初始电容当动极板2移动x值后，

3、分析当（）时电容与x近似线性关系，但量程缩小很多，变极距式电容传感器的灵敏度为结论极距变化型电容传感器可实现动态非接触测量，动态响应特性好，灵敏度和精度极高（可达nm级），适应于较小位移（1nm～1m）的精度测量。但传感器存在原理上的非线性误差，线路杂散电容（如电缆电容、分布电容等）的影响显著，为改善这些问题而需配合使用的电子电路比较复杂极距变化型电容传感器的灵敏度与极距的平方成正比，极距越小灵敏度越高。但极距过小，容易引起电容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质。原理上的非线性

4、，要修正。2变面积式电容传感器面积变化式电容传感器在工作时的极距、介质等保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生改变。变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板，另一个是可移动的，称为动极板。面积变化型电容传感器原理当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为△C与△x间呈线性关系固定极板A活动极板B平板形位移电容传感器设两个相同极板的长为b，宽为a，极板间距离为d，当动极板移动x后，电容Cx也随之改变。电容的相对变化量和灵敏度为圆柱形线位移传感器角位移形式的电容传感器当动极板有一角位

5、移时，两极板的相对面积A也发生改变，导致两极板间的电容量发生变化当时当时推导过程电容与角位移成线性关系。其灵敏度为变面积式电容传感器的输出是线性的，灵敏度K是一常数。3变介电常数型电容式传感器当L=0时，传感器的初始电容当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为：电容变化量与电介质移动量L呈线性关系结论介质变化型电容传感器的极距、有效作用面积不变，被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。主要用来测量两极板之间的介质的某些参数的变化，如介质厚度、介质湿度、液位等。传感器的灵敏度为常数，电容C理论上与液面h

6、成线性关系，只要测出传感器电容C的大小，就可得到液位h。三、电容的选择常见的电容材料：云母电容：用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。陶瓷电容：用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。铁电陶瓷电容：容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。薄膜电容：结构和纸介电容相同，介质是涤纶

7、或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。四·电容式传感器的转换电路电容传感器将被测量的变化转换成电容的变化后，还需由后接的转换电路将电容的变化进一步转换成电压、电流或频率的变化。7/30/202122转换电路的组成部分1．交流电桥2．调频电路3．运算放大式电路4．脉冲宽度调制电路5．二极管双T型交流电桥7/30/202123交流电桥将电容传感器的两个电容作为交流电桥的两个桥臂，通过电桥把电容的变化转

8、换成电桥输出电压的变化。电桥通常采用由电阻-电容、电感-电容组成的交流电桥，图为电感-电容电桥。7/30/202124分析变压器的两个二次绕组L1、L2与差动电容传感器的两个电容C1、C2作为电桥的4个桥臂，由高频稳幅的交流电源为电桥供电。电桥的输出为一调幅值，经放大、相敏检波、滤波后，获得与被测量变化相对应的输出，最后为仪表显示记录。7/30