传感器与检测技术3详解.ppt

第3章 电容式传感器及应用 本章教学目标 （1）了解电容式传感器的基本概念与种类； （2）了解电容式传感器的基本特性； （3）理解电容式传感器的工作原理与测量电路； （4）掌握电容式传感器的应用； 本次课教学重点与难点 重点：电容式传感器的结构与类型、工作特性、测量电路和工作原理。 难点：电容式传感器测量的基本原理与测量电路及其应用。 第3章 电容式传感器及应用 3.1 电容式传感器工作原理及类型 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。 根据电容传式感器的工作方式可以分为： 变极距式 变面积式 变介质式 第3章 电容式传感器及应用 3.1.1 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d，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。 第3章 电容式传感器及应用 3.1.1 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d，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。 第3章 电容式传感器及应用 （a）为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，当动极板移动后，电容 Cx 也随之改变。 电容的相对变化量和灵敏度为： 第3章 电容式传感器及应用 第3章 电容式传感器及应用 第3章 电容式传感器及应用 第3章 电容式传感器及应用 （c）为角位移形式的电容传感器 当动极板有一角位移时，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 由此可知，电容与角位移成线性关系。 其灵敏度为： 第3章 电容式传感器及应用 3.1.2 变极距式电容传感器 变极距式电容传感器是：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。 第3章 电容式传感器及应用 3.1.2 变极距式电容传感器 变极距式电容传感器是：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。 变极距式电容传感器的结构与特性，如图3-3所示。 图3-3 变极距式电容传感器的结构和特性曲线 第3章 电容式传感器及应用 (1) 当动极板2未动时传感器初始电容值为： (2) 当动极板2移动 x 值后，电容变化量为： 当 时 第3章 电容式传感器及应用 第3章 电容式传感器及应用 3.1.3 变介电常数式电容传感器 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。 工作原理：被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。 如图3-5所示： 图3-5 变介质式电容传感器 第3章 电容式传感器及应用 3.1.3 变介电常数式电容传感器 工作原理：被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。 变介电常数电容式传感器原理动画演示： 第3章 电容式传感器及应用 由图3-5（a）可知，传感器的总容量C，由电容C1和C·2的并联结果。 由图3-5(b)可知，传感器的总容量C，等于上下部分电容C1和C·2的并联 结果。 灵敏度为： 第3章 电容式传感器及应用 3.2 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。