第四章 电容式传感器（课件）- 《传感器与检测技术（第2版）》同步教学（高教版）

学习目标 掌握变面积、变极距、变介质电容传感器的组成和工作原理；了解电容传感器的测量电路；掌握电容传感器的基本使用方法。 第四章 电容式传感器 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 第一节电容式传感器的结构、工作原理和特性 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传感器称为电容式传感器。当忽略边缘效应时，平板电容器的电容量C可以表示为： （4-1） 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 式中：ε—电容极板间介质的介电常数， ε=ε0εr； ε0—为真空介电常数； εr—为极板间介质相对介电常数； A—两平行板所覆盖的面积； d—两平行板之间的距离。 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 当被测参数变化使得式（4-1）中的A、 d和ε发生变化时，电容量C也随之变化，如果保持两个参数不变，而改变三个参数中任何一个，就可以把该参数的变化转化为电容量的变化，通过测量电路就可以转化为电量输出。 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 电容式传感器可以分为三种类型：改变极板面积A的变面积式；改变介电常数εr的变介电常数式；改变极板距离d的变极距式；它们的电极形状有平板形、圆柱形和球面形三种。 电容式传感器的特点有：结构简单，非接触测量，灵敏度高，分辨率高，动态响应好，可在恶劣环境下工作。但易受电磁干扰，受温度影响大，存在寄生电容等是其明显的缺点。 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 一、变面积型电容传感器 变面积型电容传感器的结构如图4-1所示，图4-1（a）、（b）、（c）所示为单边式，图4-1(d)所示为差动式，图4-1（a）、(b)所示结构也可做成差动形式。变面积型电容传感器的特点是测量范围大，可测较大的线位移和角位移。一般情况下，变面积型电容传感器常做成圆柱形，如图4-1(c)(d)所示。 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 图4-1 变面积型电容传感器结构原理图 (a)、(b)、(c)单边式，(d)差动式 1、3-固定极板，2-可动极板 (a) (b) (c) (d) 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 图4-2 变面积式电容传感器的原理图 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 极板间为空气介质，不考虑边缘效应时，电容的初始电容C0为： 当动极板移动△x后，两板极间的电容变为： （4-2） （4-3） 电容的变化量为： （4-4） 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器 灵敏度K0为： （4-5） 图4-3是改变极板间遮盖面积的差动电容传感器的原理图。上、下两个圆筒是固定极板，而中间的为可动极板，当可动极板向上移动时，与上极板的遮盖面积增加，而与下极板的遮盖面积减小，两者变化的数值相等，传感器输出为两电容之差。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 传感器与检测技术 第四章 电容式传感器