电容式位移传感器1.ppt

电容式位移传感器 ; S ——极板的遮盖面积，单位为m2； ε ——极板间介质的介电系数； δ——两平行极板间的距离，单位为m； ε0 ——真空的介电常数，ε0 =8.854×10-12 F/m； εr ——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，εr ≈1。; 当被测参数变化使得式（3-1）中的S,δ或ε发生变化时, 电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变, 而仅改变其中一个参数, 就可把该参数的变化转换为电容量的变化, 通过测量电路就可转换为电量输出。;2 . 电容式传感器的类型和特性 以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。 ;图1 变极距型电容传感器;下极板上移：;略去高次项，得：;非线性误差与Δδ/δ0有关。其表达式为： ; 差动式变间隙型电容传感器;提高一倍;;显然：电容Cθ 与角位移θ呈线性关系。 ;;线性关系;图6 厚度传感器;单组式平板形线位移传感器 ;插入介质ε2 后的电容量为：;二、 电容式传感器的测量电路; 虽然可将频率作为测量系统的输出量, 用以判断被测非电量的大小, 但此时系统是非线性的, 不易校正, 因此加入鉴频器, 将频率的变化转换为振幅的变化, 经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。调频测量电路原理框图如图 10 所示。 ;式中: L——振荡回路的电感;  C——振荡回路的总电容，C=C1+C2+C0±ΔC。 其中, C1为振荡回路固有电容; C2为传感器引线分布电容; C0±ΔC为传感器的电容。 ; 当被测信号为0时, ΔC =0, 则C =C1+C2+C0, 所以振荡器有一个固有频率f0,  f0= (3 - 20) 当被测信号不为 0 时, ΔC≠0, 振荡器频率有相应变化, 此时频率为 ;图11 运算放大器电路原理图; 运算放大器的放大倍数K非常大, 而且输入阻抗Zi很高。运算放大器的这一特点可以使其作为电容式传感器的比较理想的测量电路。 图 11是运算放大器式电路原理图。Cx 为电容式传感器, 是交流电源电压, 是输出信号电压, Σ是虚地点。 由运算放大器工作原理可得 ; 如果传感器是一只平板电容, 则Cx =εA/d, 代入式(3 - 22), 有 