传感器技术第四章课件.pdf

4章 电容式传感器 4.1 传感器的工作原理及类型 4.2 电容传感器的灵敏度及非线性 4.3 电容传感器的特点及等效电路 4.4 电容传感器的设计要点 4.5 电容式传感器的转换电路 4.6 电容式传感器的应用举例 本章要点 电容器是电子技术的三大类无源元件( 电阻、电感和电容) 之一，利用电容器的原理，将非电量转换成电容量，进而实 现非电量到电量的转化的器件或装置，称为电容式传感器， 它实质上是一个具有可变参数的电容器。 优点：测量范围大、灵敏度高、结构简单、适应性强、动态 响应时间短、易实现非接触测量等。 由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等 方面已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到较好 地解决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。 应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成 分含量等测量之中。 种电容式传感器 电容式接近开关 电容式变送器 电容式指纹传感器 差压传感器 4.1 电容式传感器的工作原理及类型 电容式传感器是将被测量(如尺寸、压力等)的变化 转换成电容量变化的--种传感器。 1、工作原理 由物理学可知，两个平行金属极板组成的电容器， 如果不考虑其边缘效应，其电容为 e S e e S S C r 0 d d d § 式中 S 极板相对覆盖面积； d 极板间距离； 相对介电常数； r 真空介电常数， ＝8.85pF/m ； 0 0 电容极板间介质的介电常数。 e S e e S C r 0 d d d、S和 r 中的某一项或几项有变化时，就改 变了电容。 d或S 的变化可以反映线位移或角位移的变化， 也可以间接反映压力、加速度等的变化； r 的变 化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。 4.1 电容式传感器的工作原理及类型 由上式可知，改变电容C的方法有三种。 2、类型 根 上述原理，在应用中电容式传感器可以 有三种基本类型，即变极距(或称变间隙）型、变面积 型和变介电常数型。 它们的电极形状有平板形、圆柱形和球平面形三种。 （二）类型 变极距型 传感器 变面积型 传感器 变介质型 传感器 1 变面积型电容传感器 a d x R b x A l x e S e S e (S S ) e S C