Ch-3.4电容式传感器(第三版).ppt

上节内容回顾 本章主要内容 2. 设计要点 减小环境温度湿度等变化所产生的影响，保证绝缘材料的绝缘性能 消除和减小边缘效应 消除和减小寄生电容的影响，防止和减少外界干扰 尽可能采用差动式电容传感器 低成本、高精度、高分辨率、稳定可靠和高的频率响应 (1)减小温度、湿度误差、保证高的绝缘性能 选 材、结构、加工工艺 电极：温度系数低的铁镍合金、陶瓷或石英上喷镀金或银（电极可做得薄，减小边缘效应） 电介质 ：空气或云母（介电常数温度系数近为0） 传感器密封：用以防尘、防潮 采用差动结构、测量电路来减小温度等误差 (2). 消除和减小边缘效应 危害：灵敏度降低、 产生非线性 适当减小极间距，使电极直径或边长与间距比很大，可减小边缘效应的影响，但易产生击穿并有可能限制测量范围 等位环 结构 边 缘 电 场 均 匀 电 场 3 3 2 1 带有等位环的平板电容传感器原理 1、2 － 电极 3－等位环 (3) 消除和减小寄生电容的影响， 防止和减少外界干扰 （a）屏蔽和接地 （b）增加初始电容值，降低容抗。 （c）导线间分布电容有静电感应，因此导线和导线要离得远，线要尽可能短，最好成直角排列，若采用平行排列时可采用同轴屏蔽线。 （d）尽可能一点接地，避免多点接地 (5)差动技术的运用 减小非线性误差 提高传感器灵敏度 减小寄生电容的影响 温度、湿度等环境因素的影响 3.3 电容式传感器 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器主要性能 3.3.3 电容式传感器的特点和设计要点 3.3.4 电容式传感器等效电路 3.3.5 电容式传感器测量电路 3.3.6 电容式传感器的应用 3.3.7 容栅式传感器 低频等效电路 传感器电容的阻抗非常大，L和r的影响可忽略 等效电容C=C0+Cp， 等效电阻Re≈Rg C Rg 高频等效电路 电容的阻抗变小，L和r的影响不可忽略，漏电的影响可忽略 ，其中C=C0+Cp，而re≈r re C L 由于电容传感器电容量一般都很小，电源频率即使采用几兆赫， 容抗仍很大，而R很小可以忽略，因此 此时电容传感器的等效灵敏度为 当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由kg变为ke，ke与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随ω变化而变化。 3.3 电容式传感器 3.3.1 电容式传感器的工作原理 3.3.2 电容式传感器主要性能 3.3.3 电容式传感器的特点和设计要点 3.3.4 电容式传感器等效电路 3.3.5 电容式传感器测量电路 3.3.6 电容式传感器的应用 3.3.7 容栅式传感器 3.3.5 电容式传感器测量电路 普通交流电桥 耦合电感电桥 变压器电桥 双T二极管交流电桥 交流电桥电路 运算放大器式电路 调频电路 调幅电路 调宽电路 (1) 调频电路 (1) 调频电路 振荡回路固有电容 引线分布电容 传感器电容 当被测信号为零时，△C=0，振荡器有一个固有振荡频率f0， 当被测信号不为零时，△c≠0，此时频率为 具有较高的灵敏度，可测至0.01μm级位移变化量 易于用数字仪器测量，并与计算机通讯，抗干扰能力强 (2)运算放大器式电路 最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性 Cx是传感器电容 C是固定电容 u0是输出电压信号 运算放大器式电路原理图 * * 1、电涡流传感器的工作原理 ：涡流效应 2、电涡流传感器的分类 高频反射式 低频透射式 3、电涡流传感器的应用 ：位移、振幅、厚度、转速等 电容式传感器的工作原理和主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 3.3.1 电容式传感器的工作原理 1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容式传感器 3. 变面积型电容传感器 4. 变介电常数型电容传感器 什么是电容器？ 电容器有两个用介质（固体、液体或气体）或真空隔开的电导体构成。 电容 导体上的电荷 导体之间的电压差 电容器式传感器是一种将被测量的变化转换为电容量变化的传感器 ？ 1. 工作原理 + + + ? A ? 两平行极板组成的电容器,它的电容量为: 当被测量δ、A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。 ？ 电 容 式 传 感 器 极距变化型电容传感器 面积变化型电容传感器 介质变化型电容传感器 圆筒形极板电容器,它的电容量为: 2. 变极距型电容传感器 2. 变极距型电容传感器 若极距缩小Δδ 非线性随极板间距的减小而增大 2.