第5章 电容式1工作原理.ppt

当|Δd/d0|1时， 上式可按级数展开 当|Δd/d0|1时可略去高次项， 得到近似的线性关系。 K 与 d0 呈反比关系。 如果考虑线性项与二次项 传感器的相对非线性误差δ为 讨论： 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。 为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。 差动平板式电容传感器结构图 当动极板位移Δd时，电容器C1的间隙d1变为 d0—Δd，电容器C2的间隙d2变为d0+Δd, 则 在Δd/d01时, 按级数展开 电容值总的变化量为 电容值相对变化量为 εg——云母的相对介电常数 εg=7； εr——空气的相对介电常数，εr =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1000 kV/mm，而空气仅为3 kV/mm。 有了云母片，极板间起始距离可大大减小。 同时，上式中的dg/ε0εg项是恒定值，它能使传感器的输出特性的线性度得到改善。 一般变极板间距离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， 故在微位移测量中应用最广。 5.1.2 变面积型电容式传感器 变面积型电容传感器原理图 当动极板相对于定极板平移Δx时，则电容变化量为 为初始电容。 电容的变化量 Δ C 与水平位移 Δx 呈线性关系。 变面积型电容传感器原理图 图5-6是电容式角位移传感器原理图。 电容式角位移传感器原理图 当θ= 0 时，则 当θ≠0 时， 则 C 与角位移θ呈线性关系。 5.1.3 变介质型电容式传感器 图5-7是一种变极板间介质的电容式传感器用于测量液位高低的结构原理图。 电容式液位变换器结构原理图 被测介质的介电常数为ε1，液面高度为 h, 总高度为H，内筒外径为d，外筒内径为D， 此时变换器电容值为 ε——空气介电常数； C0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值, 即 变换器的电容增量正比于被测液位高度 h 。 电容式液位变换器结构原理图 变介质型电容传感器可以测量纸张、绝缘薄膜的厚度， 也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。 图5-8 变介质型电容式传感器 相对介电常数为εr2 的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变两种介质的极板覆盖面积。 传感器总电容量 C 为 电容量的变化与电介质εr2 的移动量 L 成线性关系。 变介质型电容式传感器 5.2 电容式传感器的灵敏度（sensitivity）及非线性 第5章 电容式传感器 （capacitance style sensor） 5.1 工作原理和结构 5.2 灵敏度及非线性 5.3 等效电路 5.4 测量电路 5.5 应用 5.1 电容式传感器的工作原理和结构 电容量（ capacitance ） 图5-1 平行板电容器 ε——介质的介电常数， ε=ε0εr ε0——真空介电常数， εr——介质的相对介电常数 电容式传感器可分为： 变极距型 变面积型 变介电常数型三种。 5.1.1 变极距型电容传感器 图5-2 变极距型电容式传感器 图5-3电容量与极板间距离的关系 若电容器极板间距离