第5章电容传感器汇编.ppt

* 2008-10-3 * 退出 自动检测与转换技术 2008-10-3 * 第五章 电容传感器 1、了解电容传感器的工作原理； 2、掌握电容传感器的应用； 3、了解电容接近开关的原理及应用； 4、了解流量的测量方法。 2008-10-3 * 退出 第一节 电容式传感器的工作原理及结构形式 　　 电容式传感器的电容值变化的工作原理可以通过如图所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，电容器的电容值为 式中 A——两极板相互遮盖的有效面积； d——两极板间的距离，也称为极距； ε ——两极板间介质的介电常数； εr——两极板间介质的相对介电常数 ε0——真空的介电常数 结论：在A、d、ε三个参量中，改变其中任意一个量，均可使电容量C改变。也就是说，电容量C是A、d、ε的函数，固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器：变面积式、变极距式、变介电常数式。 上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？ 2008-10-3 * 退出 一、变面积式电容传感器 如图是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。 设两极板原来的遮盖长度为a0,极板宽度为b,极距为d，极板间介质的介电常数为ε。当动极板随被测物体移动x时，电容量将随之改变。电容值为 式中，C0—初始电容值，C0=εba0/d 从式中可知，增大极板长度b，减小极距d，可提高灵敏度。但极距不可太小，否则容易引起短路。 2008-10-3 * 退出 如图是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。 式中x—外圆筒与内圆筒覆盖部分长度（m)； r1、r2—外圆筒内半径与内圆筒（或内圆柱）外半径，即它们的工作半径（m)。 x变化时，电容量变化，灵敏度为 圆柱线位移型电容器的电容为: 由上式可知，内外圆筒的半径越小，灵敏度越高。在实际应用时，外圆筒必须接地，这样可以屏蔽外界电场干扰，并能减小人体及金属体与内圆筒的分布电容，以减小误差。 2008-10-3 * 退出 如图是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移? 度时，两极板的遮盖面积A就减小，因而电容量也随之减小。 当覆盖面积对应的中心角为a、极板半径为r时，覆盖面积为： 电容量为： 其灵敏度为 上述可知，面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。 2008-10-3 * 退出 二、变极距式电容传感器 当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离δ ，从而使电容量发生变化。 实际使用时，总是使初始极距δ 0尽量小些，以提高灵敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点。 根据式 如果 S 、 ε不变，当δ变化，引起电容量的变化为： 传感器的灵敏度为： 2008-10-3 * 退出 变极距式电容传感器的特性曲线 从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围变大还是变小？ a）??? 结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1—定极板 2—动极板 2008-10-3 * 退出 差动电容传感器 为了提高传感器的灵敏度，减小非线性 ，常采用差动结构 外界的影响诸如温度、激励源电压、频率变化等也基本能相互抵消 2008-10-3 * 退出 三、变介电常数式 当相对介电常数为εr的介电质的厚度为δ时，其电容值为 δx 设固定极板长度为a、宽度为b、两极板间的距离为δ；被测物的厚度和它的介电常数分别为δx和ε 2008-10-3 * 退出 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。 表5-1 几种介质的相对介电常数 根据表5-1，分析不同介质对变介电常数电容器的影响。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么非电量？ 2008-10-3 * 退出 一、桥式电路 第二节 电容式传感器的测量转换电路  图（b）中，设 图a)为单臂接法的桥式测量