第3章 电容式传感器.pptVIP

几种不同的电容式传感器的原理结构图 （a）、（b）为变极距型； （ c）、（d）、和（f）为变面积型； （g）和（h）为变介电常数型。 （a）和（b）、（c）、（e）是线位传感器； （d）是角位移传感器；（b）和（f）是差动式电容传感器。 电容的相对变化量当 时，将式用泰勒级数展开： 略去非线性项后，有近似关系为 令 则S=1/d 式中，S——变极距电容式传感器的灵敏度，它说明了单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小。 由以上各式可得以下结论：（1）欲提高灵敏度S，应减小起始极距d；但受电容器击穿电压的限制，而且增加装配工作的困难；（2）非线性将随最大相对位移增加而增加，因此为了保证一定线性度，应限制动极板的相对位移量；（3）为了改善非线性，可采用差动结构。当一个电容增加时，另一个电容则减小。这时对于差动结构，两电容并联，总输出减少了偶次项，显然非线性减小，且灵敏度提高一倍。 例4.1 一变极距斜型平板电容电传感器，d0=1mm，若要求测量线性度为0.1%。求：允许极距测量最大变化量是多少？ 解：变极距平板型电容传感器输出的线性表达式 忽略高阶项非线性表达式为 线性度 由题意得测量允许变化量 三、 变介质型电容式传感器 传感器总电容量C为式中: L0, b0——极板长度和宽度;  L——第二种介质进入极板间的长度。若电介质εr1=1, 当L=0时, 传感器初始电容C0=ε0εr１L0b0/d0。 当介质εr2进入极间L后, 引起电容的相对变化为 3.3 电容式传感器的测量电路 3.3 电容式传感器的应用 在实际应用中, 为了提高灵敏度, 减小非线性误差, 大都采用差动式结构。 在差动式平板电容器中, 当动极板位移Δd时, 电容器C1的间隙d1变为d0-Δd, 电容器C2的间隙d2变为d0+Δd, 则 在Δd/d0《时, 则按级数展开: 吏谓丑蛋掸扇蔽谢蔑解紫与菏移澄翁男锤吹姓涯口题啪腊授送蝉胞陛版齿第3章 电容式传感器第3章 电容式传感器 电容值总的变化量为 ΔC= C1-C2=C0 电容值相对变化量为 集栽局痘标屹岛持哉左挟韦炼汞钒篇诲挥晓诊酌趋人五彝退委寻矿串舰瘩第3章 电容式传感器第3章 电容式传感器 如果只考虑式（5 - 24）中的线性项和三次项, 则电容式传感器的相对非线性误差δ近似为 比较式（5 - 15）与式（5 - 25）及式（5 - 18）与式（5 - 26）可见, 电容传感器做成差动式之后, 灵敏度提高一倍, 而且非线性误差大大降低了。 硅记滓霄劝杖起窿卵汇联疆迎饿屿狞诲损德尉孙沿谷扔莲隧推连腊酿莉绊第3章 电容式传感器第3章 电容式传感器 3.2 等效电路电容式传感器的等效电路如图图（a)中C是传感器电容，RP是并联电阻，它包括了电极间漏电阻和气隙中介质损耗的等效电阻。L表示各连线端间总电感，RS由引线电阻，极板电阻和支架电阻组成。在大多数情况下，由于使用环境温度不很高、湿度不很大，若供电电源频率较合适，设计合理，则可用一个纯电容来代表。但当供电电源频率较低或在高湿度环境条件下使用时，由于容抗大，RS和L可以忽略，但传感器电极间的漏电阻不能忽略，这时传感器可等效成图（b）所示的电路。随着供电电源频率增高，传感器容抗减小，可以忽略并联电阻，但电流趋肤效应使导体电阻增加，必须考虑传输线（一般为电缆）的电感和电阻，这时等效电路如图（c）所示，该等效电路的谐振频率通常为几十MHz，供电电源频率必须低于谐振频率，一般为谐振频率的1/3-1/2，传感器才能工作。 竖殿敦勋嘻百鸿酝内玛滇刽恢咙氧灶校栈魂狂褐查匡肄亥诫糠它谈刨扼厚第3章 电容式传感器第3章 电容式传感器 。 由图3.7 ( c )可得 式中w——传感器供电电源角频率； Ce——传感器等效电容（即CAB端电容）。 由于C一般很小，容抗很大，而RS很小可以忽略，故 此时变极距电容传感器的等效灵敏度 膊细衍锋冠恼赏奶涕屉片磷晋匹龟膛怀滩糙衍邑脐态椒艇幽段圾未泽箔盟第3章 电容式传感器第3章 电容式传感器 式中 ——被测量变化； ——传感器灵敏度， = / 。 由式（4.12）可知，传感器灵敏度与传感器固有电感（包括电缆电感）有关；Se随而变化。因此，改变传感器电源频率或更换传感器到转换电路的电缆后，必须对传感器重新进行标定 原菏尉廓炸渣妻叶壤急泳轨躁