- 1、本文档共57页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
[工学]5传感器技术及其应用
第5章 电容式传感器 电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。结构简单、高分辨力、可非接触测量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作,这是它的独特优点。随着集成电路技术和计算机技术的发展,促使它扬长避短,成为一种很有发展前途的传感器。 5.1 工作原理、结构和特性 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器,当忽略边缘效应影响时,其电容量与真空介电常数ε0 (8.854×10-12F/m)、极板间介质的相对介电常数εr、极板的有效面积A以及两极板间的距离δ有关: C=ε0εrA/ δ ????????????? (5-1) 若被测量的变化使式中δ 、A、εr三个参量中任意一个发生变化时,都会引起电容量的变化,再通过测量电路就可转换为电量输出。因此,电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型 。 5.1.1 变极距型电容传感器 图5.1为这种传感器的原理图。当传感器的εr和A为常数,初始极距为d0 ,由式(5-1)可知其初始电容量C0为 当动极端板因被测量变化而向上移动使δ0减小Δδ0时,电容量增大ΔC则有 ?????????????????? (5-3) 可见,传感器输出特性C=f(δ)是非线性的,如图5-2所示。电容相对变化量为 ?????????????????????????????????? (5-4) 如果满足条件(Δδ0/δ0)1,式(5-4)可按级数展开成 ??????????????? (5-5) 略去高次(非线性)项,可得近似的线性关系和灵敏度S 分别为?????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? ? ? 如果考虑式(5-5)中的线性项及二次项,则 ???????????????????????????????????? ? 式(5-6)的特性如图5.3中的直线1,而式(5-8)的特性如曲线2。因此,以式5-6作为传感器的特性使用时,其相对非线性误差ef为 特性曲线 由上讨论可知:(1)变极距型电容传感器只有在|Δδ0/δ0| 很小(小测量范围)时,才有近似的线性输出; (2)灵敏度S与初始极距δ0的平方成反比,故可用减少δ0的办法来提高灵敏度。 例如在电容式压力传感器中,常取δ0=0.1~0.2mm,C0在20~100pF之间。由于变极距型的分辨力极高,可测小至0.01μm的线位移,故在微位移检测中应用最广 图5.4固体介质变极距型电容器 由式(5-9)可见, δ0的减小会导致非线性误差增大;δ0过小还可能引起电容器击穿或短路。为此,极板间可采用高介电常数的材料(云母、塑料膜等)作介质,如图5.4所示。设两种介质的相对介电质常数为εr1 (空气:εr1=1)、εr2,相应的介质厚度为δ1、δ2,则有 设向上移动 时C1增大,C2减小,如果C1和C2的初始电容都为C0, 略去高次项,可得近似的线性关系 这种电容传感器有较多的结构型式,可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度,也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 图5.7为原理结构。图(a)中两平行极板固定不动,极距为δ0,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。传感器的总电容量C为两个电容C1和C2的并联结果。由式(5-1) 5.2 特点和应用中存在的问题 5.2.1 特点 1.优点: Ⅰ.温度稳定性好 电容式传感器的电容值一般与电极材料无关,有利于选择温度系数低的材料,又因本身发热极小,影响稳定性甚微。 而电阻传感器有铜损等,易发热产生零漂。 Ⅱ.结构简单 电容式传感器结构简单,易于制造,易于保证高的精度,可以做得非常小巧,以实现某些特殊的测量;能工作在高温,强辐射及强磁场等恶劣的环境中,可以承受很大的温度变化,承受高压力,高冲击,过载等;能测量超高温和低压差,也能对带磁工作进行测量。 Ⅲ.动态响应好 电容式传感器由于带电极板间的静电引力很小(约几个10-5N),需要的作用能量极小,又由于它的可动部分可以做得很小很薄,即质量很轻,因此其固有频率很高,动态响应时间短,能在几兆Hz的频率下工作,特别适用于
您可能关注的文档
- [工学]3-6 线性系统的稳态误差计算.ppt
- [工学]3-3泰勒公式.ppt
- [工学]3-1对接焊缝、角焊缝的构造和计算.ppt
- [工学]3-2 第三章 高分子材料的结构20120425.ppt
- [工学]31 压力容器材料.pdf
- [工学]31MATLAB符号运算0.ppt
- [工学]3-1光器件.ppt
- [工学]32 蒸气压缩式制冷系统.ppt
- [工学]32位汇编语言07.ppt
- [工学]32位汇编语言习题及答案全部钱晓捷版.ppt
- Haier海尔413升风冷变频多门冰箱 BCD-413WGHFD1BSJU1(白)说明书用户手册.pdf
- Siemens西门子工业抽屉式断路器主回路后垂直连接 抽屉式断路器主回路后垂直连接使用手册.pdf
- Samsung三星智能佩戴设备 Galaxy Fit3安全手册.pdf
- Samsung三星滚筒洗衣机 AI神 黑钻热泵洗烘旗舰 WD18DB8995BZSC使用手册.pdf
- Sakura樱花消毒柜 保洁柜消毒柜 SCQ-130D6用户手册说明书.pdf
- Hifiman头领科技ARYA UNVEILED说明书用户手册.pdf
- Siemens西门子工业抽屉式主回路连接前置端子 支撑件 抽屉式主回路连接前置端子 支撑件使用手册.pdf
- Siemens西门子工业中性线的外部电流传感器 中性线的外部电流传感器使用手册.pdf
- Siemens西门子工业电子脱扣单元 电子脱扣单元使用手册.pdf
- Razer雷蛇Playstation 专用雷蛇战锤狂鲨极速版 RZ12-038203 用户指南 (简体中文)说明书用户手册.pdf
最近下载
- 腰椎的解剖及腰部的层次解剖ppt参考课件.ppt
- 知识产权助推新质生产力发展.pptx VIP
- NB∕T 10805-2021 水电工程溃坝洪水与非恒定流计算规范.pdf
- 2022年鄄城县工会系统招聘考试题库及答案解析.docx VIP
- 2024年医师定期考核必考题库及答案.pdf
- 2023年互联网信息审核员理论考试题库(含答案).pdf VIP
- 2024中考语文《西游记》历年真题专练(学生版+解析版).pdf VIP
- 高中音乐鉴赏测试题.doc VIP
- 人教三上数学《数学广角—集合》单元作业设计方案(13页).pdf VIP
- 省级政府和重点城市一体化政务服务能力调查评估报告2021年.pdf VIP
文档评论(0)