情境四 位移量检测（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（铁道出版社）

《传感器与检测技术》 情境一 传感器基础知识 情境二 力与压力检测 情境四 位移量检测 情境五 位置与转速的检测 情境六 液体与流量的检测 情境七 环境量的检测 教学情境 一、电容式传感器的工作原理 电容式传感器的核心部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气等为介质的电容器。电容式传感器可分为变面积型传感器、变极距型传感器和变介质型传感器。 工作任务4.1 电容式传感器 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 1、极距变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 以最简单的平行极板电容器为例说明其工作原理。在忽略边缘效应的情况下，平板电容器的电容量为: 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 1、极距变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 式中 ε0 — 真空的介电常数，(ε 0=8.854×10-12F/m)； S — 极板的遮盖面积（m2）； ε— 极板间介质的相对介电系数，在空气中，ε=1； Δ — 两平行极板间的距离（m）。 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 1、极距变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 上式表明，当被测量δ、S或ε发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化，再通过配套的测量电路，将电容的变化转换为电信号输出。 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 1）下图为典型的角位移型电容式传感器。当动板有一转角时，与定板之间相互覆盖的面积就变化，因而导致电容量变化。当覆盖面积对应的中心角为a、极板半径为r时，覆盖面积为： 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 电容量为： 其灵敏度为： 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 2）线位移型电容式传感器 线位移型电容式传感器有平面线位移型和圆柱线位移型两种。见图 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 对于平面线位移型电容传感器当宽度为b的动板沿箭头x方向移动时，覆盖面积变化，电容量也随之变化。 电容量为： 其灵敏度为： 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 对于圆柱线位移型电容器的电容为： 其灵敏度为： 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 2、面积变化型电容式传感器的变换原理 工作任务3.1 电容式传感器 上述可知，面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。 情境四 位移量检测 一、电容式传感器的工作原理 3、介质变化型电容式传感器的变换原理 工作任务4.1 电容式传感器 介质变化型电容传感器的极距、有效作用面积不变，被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。主要用来测量两极板之间的介质的某些参数的变化，如介质厚度、介质湿度、液位等，图为两种变介电常数型电容传感器。 情境四 位移量检测