3.2电容式传感器汇编.ppt

第四章 电容式传感器 电容式传感器是将被测物理量转换为电容变化的一种转换装置，实际上就是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器广泛用于位移、角度、振动、速度、物位、压力、成份分析、介质特性等方面的测量。 基本工作原理及分类 以平行板电容为例（如图4.1），如果不考虑其边缘效应，其电容量为 （4.1） 式中： ——极板间介质的相对介电常数，空气介质 ； ——真空介电常数 ； ——二平行极板覆盖面积； ——极板间距离。 显然，电容量 是 、 、 的函数。如果保持其中两个参数不变，只改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化。因此，电容式传感器分为极距变化型，面积变化型，介质变化型三类。 在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过测量电路转换为电量输出。 电容式传感器可分为三种： 变极板间距离的变极距型 改变极板面积的变面积型 改变介质介电常数的变介质型 （1）极距变化型电容式传感器 极距变化型电容式传感器结构原理如图3.5所示。由式（3.9）知，电容量 与极板间距 成双曲线关系。极距变化 时，电容 变化量为 传感器灵敏度： （4.2） 可见，灵敏度与成反比，极距越小，灵敏度越高。为减小非线 性误差，该类传感器通常用于测量微小位移。 在实际应用中，为提高灵敏度，减小非线性，克服压力、环境 温度、电源电压等外界因素对测量精度的影响，通常情况下把电容 器接成差动形式，如图4.3所示。 差动式电容传感器一般采用三块极板，其中中间一块极板为动 极板，两边为定极板。当动极板移动 距离， ， 。 对应的电容量 、 的变化通过差动电桥叠加使输出和灵敏度均提 高一倍，非线性得到改善，且工作稳定性好。 差动结构 差动的好处 灵敏度得到一倍的改善 线性度得到改善 （2）面积变化型电容传感器 面积变化型电容传感器有线位移和角位移两种。线位移型电容 式传感器又分为平面线位移和圆柱线位移两种。 图3.7a为平面线位移型传感器，电容量为： （4.11） 灵敏度为： 常数 （4.12） 图4.7b为圆柱型线位移传感器，电容量为： （4.13） 灵敏度为： 常数 （4.14） 图4.7c所示为角位移型传感器，电容量 因为 故 （4.15） 灵敏度为：