电容传感器(传感器工作原理及应用实例).pdfVIP

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载

电容传感器(传感器工作原理及应用实例)

第六节电容式传感器

以电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化的传感器称

为电容式传感器。电容式传感器在力学量的测量中占有重要地位，它可以对荷

重、压力、位移、振动、加速度等进行测量。这种传感器具有结构简单、灵敏度

高、动态特性好等许多优点，因此，在自动检测技术中得到普遍的应用。

一、电容式情感器的工作原理

现以平板式电容器来说叫电容式传感器的工作原坝。电容是由两个金属电极，

中间有腰电介质构成的，如图4(36所示。出合构极板N加3:

电压时，电极广就盒贮存有电荷(所以电容器实际6:

是—个储存电场能的元件。平板式电容器在忽略边缘6A质

效应时，其电容虽(:可长尔为

C—:半—l‘d4,J

(‘——电容量(F);

e一两极板间介质的介电常数(F,m);

‘，一一两极板间介质的相对介电常数;

q一一真空的介电常数，等于8(85xlo

4——极板的面积(m’);

J——极板间的距离(m)。

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载

从上式可知，当其中的允、J、q中的任一项发生变化时，都会引起电容量c的

变化。在实际使用时，常使4、6f、q参数中的两项固定，仅改变其中—个参数来

使电容量发生变化、根

据上述工作原理(电容式传感器可分为三种类型，即改变极板面积的变面积

式，改变圾板距离的变间隙式。改变介电常数的变介电常数式。在力学传感器中

常使用变间隙式电容传感器。二、电容式传感器的特点

(1)结构简单(性能稳定

(2)阻抗高，功率小;。

(3)动态响应好，灵敏度高，分辨力强:

(4)没有由于振动引起的漂移;

(5)闭试导线分布电容对测旦误差影响较大;

(6)电容量的变化与极板间距离变化为非线性。

表小5列出了电容式与压电式、应变式、压阻式传感器之间的特性对比。从表

中可以

看出电容式传感器在技术特性上比其它传感器有着一系列的优点。

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载

三、电容式荷宣传感器

四4(37所示为电容式荷重传感器的结构示意图。’映在镍铅钥钠块厂加[出

“排尺寸川

间且等距的圆孔，在园孔内樊[:帖接村

带绝缘支架的平板式电容器，然后将每个咀孔内的电容器并联。当钢块端酣

承受重量F作用时，圆孔将产生变形(从而使每个电容器的极板间距变小，电容

设增大。电容器容景肋增值正比于被测载荷少。

这种传感器主要的优点是由于受接触面的影响小、因此测盟精度较南。另外

电容器放于钢块的孔内也提高厂抗干扰能力。它在地球物理、表面状态检测以及

自动检验和控制系统中得到了应用。

四、电容式压力传感器

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载

电容式压力传感器在结构J:有单端式相差动式明仲形式t因为差动式的灵敏

62较高，

都采用差动形式。

所以电容式压力传感器大

图4(38是差动式电容压力传感器的结构图。它主要由一个膜式动电极相两个

在凹形玻璃

卜电镀成朗固定电圾组成差动电容器。