5.1电容式传感器的概述讲解.pptx

第5章电容式传感器【原理】由一个恒定的激励源在两金属导体之间建立一电场，被测对象通过某种方式改变或调制电场的某一参数，使电场能量发生变化，测出能量的变化就可获得所需的信号。【用途】检测位移、液位、湿度、含水量。【类型】变面积（A）型，变介质介电常数(ε)，变极板间距（d）型。【特点】测量范围大、灵敏度高、动态响应时间短、机械损失小、结构简单；寄生电容影响较大、线性度较差、受大气温度和湿度影响。

第5章电容式传感器【能量变换】能量控制型传感器

5.1电容式传感器的概述一、电容传感器的工作原理平板电容器的电容量，在忽略边缘效应时，有:式中:A为两极板间的有效覆盖面积；d为两极板间的距离；ε为两极板间介质的介电常数。

5.1电容式传感器的概述一、电容传感器的工作原理εr为介质的相对介电常数；ε0为真空的介电常数从电容量表达式可看出：电容量与覆盖面积成正比，与相对介电常数成正比，与两极板间距成反比。因此，通过改变复盖面积或相对介电常数或极板间距，都可以引起电容量的相对变化，这是电容传感器的基本工作原理。

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器1、变面积（A）型

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器(1)、平板形位移式灵敏度增大初始电容C0可以提高灵敏度K。1、变面积（A）型

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器（2）、圆柱形线位移式当外力使电容器的动极板（内圆柱）发生位移x后，电容器的电容量变为电容量的相对变化与位移x成线性关系1、变面积（A）型

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器（3）、半圆形角位移式电容量与角位移成线性关系。灵敏度，增大初始电容C0可以提高灵敏度K。1、变面积（A）型

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器２、变介质介电常数(ε)⑴、平板式电容量为两个电容C0和C1的串联，其值为:

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器２、变介质介电常数(ε)⑵、圆筒式两个电容C0和C1并联，其值为

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器３、变极板间距（d）型

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器３、变极板间距（d）型当间距d0减少Δd时，电容量为其中，得相对变化值为

5.1电容式传感器的概述二、典型的电容传感器３、变极板间距（d）型当Δdd0时，将上式展开为级数，并略去二阶以上的高阶项后，得近似为线性关系。为了得到较好的线性关系，一般取Δd/d0＝0.02～0.1。灵敏度

5.1电容式传感器的概述三、激励源性质与传感器特性之间的关系由前所述，电容传感器的工作原理是通过改变电容的几何参数或介质参数来实现的，而电容与电流、电压间有如下关系电流电压式中，UC为极板上的电压；IC为通过电容中的电流；f为激励源频率。

5.1电容式传感器的概述三、激励源性质与传感器特性之间的关系从以上诸式可看出，电容传感器的变换函数可以是Cx形式，也可以是1/Cx形式，取决于激励源变量的选取。1、恒电流激励2、恒电压激励

5.1电容式传感器的概述三、激励源性质与传感器特性之间的关系1、恒电流激励保持交流激励源的电流恒定，即电流与电容变化Cx无关

5.1电容式传感器的概述三、激励源性质与传感器特性之间的关系1、恒电流激励恒电流激励时的输出电压为在恒电流激励时，要求负载不消耗电流，这就需要负荷阻抗为无穷大，所以恒电流激励时要求检测线路为高阻抗输入。

5.1电容式传感器的概述三、激励源性质与传感器特性之间的关系2、恒电压激励激励源保持电容器上的交流电压有效值恒定，输出变量为电流，此时电流的大小随电容的变化而变化。

5.1电容式传感器的概述三、激励源性质与传感器特性之间的关系2、恒电压激励IC与ε或与A则为单值线性关系，因此恒电压激励适于变面积和变ε型电容传感器。在实际中恒电压激励较为常用。

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