1、联系方法： 邮箱： 电话： 15884655563 QQ： 497420789 网址： http:/ 信息工程学院 王顺利 检测技术 基本要求： 了解电容式 传感器的 工作 原理和结构类型 理解常见电容式传感器的 输入 -输出特性 展开电容式传感器的 等效电路分析 掌握常见电容式传感器的 接口电路 第 5讲 电容式传感器 电容式传感器的定义 以 电容器 为 敏感元件 ， 将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器 。 电容式传感器的感测量 位移 、 振动 、 压力 、 加速度 、 液位 、 成分含量等 。 电容式传感器的种类 根据结构形式： 变极距型 、 变面积型和变介质型 。 电容器特性
2、被测非电量 电容值 测量电路 U、 I、 f 1 电容式传感器工作原理和结构 电容极板间 介质 的 介电常数 ， 0为真空 介电常数 ， r极板间介质的 相对介电常数 ； A两平行板所覆盖的 面积 ； d两平行板之间的 距离 。 两个平行金属板组成的 平板电容器 ，不考虑边缘效应时电容量为 dAdAC r 0d 极板 1 极板 2 被测参数 A、 d或 发生变化时 ， 电容量 C也随之变化 。 仅改变一个参数 ，该 参数的变化 可转换为电容量的变化 ， 通过测量电路就可转换为电量输出 。 1 电容式传感器工作原理和结构 电容式传感器的三种类型： 变极距 型 、 变面积 型和 变介电常数 型 。
3、 1 电容式传感器工作原理和结构 极板向上移动时 ， 电容器极板间距离由初始值 d0缩小了 d ，电容量增大了 C ， 则有 一、变极距型电容传感器 00000200111SC C CdddCdCdddd d/d 01时 ， 1-(d/d 0)2 1，则 000 ddCCC C与 d 近似呈 线性关系 。 变极距型电容式传感器只有在 d /d0很小 时 ， 才有近似的线性关系 。 1、 基本输出特性 2 电容式传感器 输入 -输出特性 00SCd设 初始电容 为： 当间隙 d0减小 d 时 ,则电容量 增大 C，则： 000 0 0 0 0S S S d dC C C Cd d d d d d
4、 d d 电容的 相对变化 为： 00011CddCdd 2 电容式传感器 输入 -输出特性 电容的相对变化量为 一、变极距型电容传感器 0001ddCdCd 当 |d/d 0|1时 ， 级数展开有： 2、 非线性特性 230 0 0 0 01C d d d dC d d d d L 2 电容式传感器 输入 -输出特性 电容传感器的 灵敏度 为 一、变极距型电容传感器 001C CK dd 3、 灵敏度 单位输入位移 所引起的 输出电容相对变化 的大小与 d0呈反比关系 。 2、 非线性特性 要 提高灵敏度 ， 应 减小起始间隙 d0， 但非线性误差 却随着 d0的减小而增大 。 一般变极板间
5、距离电容式传感器的 起始电容 在 20100pF之间 ， 极板间 距离 在 25200m 的范围内 。 最大位移应小于间距的 1/10。 变极距电容式传感器在 微位移测量 中应用最广 。 2 电容式传感器 输入 -输出特性 输出电容的 相对变化量 与 输入位移 之间成非线性关系 。 传感器的相对非线性误差： %100%100|/|)/(0020 dddddd在差动式平板电容器中 ， 当动极板 位移 d 时 ， 电容器 C1的间隙 d1变为d0-d ， 电容器 C2的间隙 d2变为 d0+d ，则 一、变极距型电容传感器 在实际应用中 ， 为了 提高灵敏度 ，减小非线性误差 ， 大都采用 差动式结构 。 4、 差动式结构 002001/11/11ddCCddCC动极板 定极板 定极板 C1 d1 C2 d2 2 电容式传感器 输入 -输出特性
