项目三电容传感器

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1、《传感与检测技术》项目三报告项目名称：《电容传感器应用实训》专业：电气自动化班级：092403组长：周贺组员：刘成轩、张耒、周宇贺志鸿、赵炳宇指导教师：卢玉菲日期：2010年11月14日长春汽车工业高等专科学校【项目功能】1、完成使用电容传感器进行位移的测量，并实时显示处理。2、通过完成项目，掌握电容式传感器的基本工作原理和应用；3、通过完成项目，掌握对小信号的采集、放大和处理，以及抗干扰设计。【项目知识点与技能点】1、掌握电容式传感器的工作原理。2、掌握电容式传感器的分类。3、掌握电容式传感器的测量电路及利用软硬件进行非线性补偿的方法。4、了解电容式传感器

2、的各种应用。【项目知识准备】电容式传感器电容式传感器是将被测量的变化变换为电容量的变化。实质上可以认为电容式传感器本身（或者与被测物一起）就是一个可变的电容器。电容式传感器结构简单、适应性强、具有良好的动态特性、本身发热小，可以进行非接触的测量。有了这些优点，电容测量技术就可以广泛应用于位移、压力、厚度、液位、转速、振动、加速度、角度、流量、面料以及成分含量等方面的测量。一、电容式传感器的工作原理和结构特性1．工作原理由物理学可知，由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器,如果不考虑边缘效应,其电容量为式中:──电容极板间介质的介电常数,──为真空介电

3、常数,=8.854×10-12F/m──为极板间介质相对介电常数；对于空气介质，≈1。A──两平行板所覆盖的面积；d──两平行板之间的距离。C──电容量2．类型根据其工作原理，电容式传感器可分为改变极距d型、改变面积A型和改变介质的介电常数型这三种基本类型。它们的电极形状又有平板形、圆柱形和球平面型三种。（1）变极距型电容传感器当传感器的和A为常数,空气介质，初始极距为d0时,可知其初始电容量C0为若电容器极板间距离由初始值d0缩小Δd,电容量增大ΔC,则有当很小的时候，可以得到：由上式可见，输出电容C的相对变化与输入位移之间呈现的是一种非线性关系。因此

4、，在误差范围内通过略去高次项得到其近似的线性关系：电容传感器的灵敏度用K来表示：由以上分析知：变极距型电容式传感器只有在Δd/d0很小时,才有近似的线性输出。所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足Δd<

5、常数,=1;d0──空气隙厚度;dg──云母片的厚度。云母片的相对介电常数是空气的7倍,其击穿电压不小于1000kV/mm,而空气的仅为3kV/mm。因此有了云母片,极板间起始距离可大大减小。同时,式（3-7）中的项是恒定值,它能使传感器的输出特性的线性度得到改善。为了提高灵敏度和减小非线性，以及克服某些外界条件如电源电压、环境温度变化的影响，常采用差动式的电容传感器。一般变极距型电容式传感器的起始电容在20～100pF之间,极板间距离在25～200μm的范围内,最大位移应小于间距的1/10。（2）改变面积型电容式传感器电容相对变化量为:这种形式的传感

6、器其电容量C与水平位移Δx是线性关系。（3）改变介质型电容式传感器下表列出了几种常用气体、液体、固体介质的相对介电常数。表3-1常用气体、液体、固体介质的相对介电常数介质名称相对介电常数r介质名称 相对介电常数真空 1玻璃釉 3~5空气 略大于1SiO238其他气体 1~1.2云母 5~8变压器油 2~4干的纸 2~4硅油 2~3.5干的谷物 3~5聚丙烯 2~2.2环氧树脂 3~10聚苯乙烯 2.4~2.6高频陶瓷 10~160聚偏二氟乙烯3~5纯净的水 80聚四氟乙烯 2.0低频陶瓷、压电陶瓷 1000~10000二、电容式传感器的等效电路对于电容式传

7、感器的灵敏度和非线性的分析，在一定情况下都可以将电容式传感器看作为纯电容器。通常，多数的电容器的损耗可以忽略，在工作频率低的时候其电感效应也是可以忽略的。1．低频等效电路传感器电容的阻抗非常大，L和r的影响可忽略，等效电容Ce=C0+Cp，等效电阻Re≈Rg2．高频等效电路电容阻抗变小，L和r的影响不可忽略，漏电的影响可忽略，其中Ce=C0+Cp而re≈r由于电容传感器电容量一般都很小，即容抗很大，而R很小可以忽略，因此此时电容传感器的等效灵敏度为三、电容式传感器的测量电路一般传感器的输出信号不能直接拿来进行显示或传输，往往需要连接一定的测量电路才能正常工作

8、。电容式传感器中电容值以及电容变化值都十分微小,不能