传感与检测技术2-2-电容式传感器.pptxVIP

2.1 电容式传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 2.2.2 电容式传感器的基本特性2.2.3 电容式传感器的应用 以电容器为敏感元件，将被测非电量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。 2.2.1 电容式传感器的基本原理 平板电容器 平行极板电容器的电容量为： ε ——极板间介质的介电系数； ε0——真空的介电常数，ε0 =8.854×10-12 F/m； εr——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，εr≈1。 1.变极距型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 1.变极距型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 设动极板未移动时极板间距为δ0 初始电容量为： 极板2上移： 电容的相对变化量为： 1.变极距型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 略去高次项，得： 所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足Δδδ0的条件。且一般Δδ只能在极小的范围内变化。 传感器的灵敏度为： 1.变极距型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 1.变极距型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 差动式变间隙型电容传感器 1.变极距型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 初始位置时： 动极板上移时： 化简得： 灵敏度提高一倍 2.变面积型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 2.变面积型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 2.变面积型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 2.变面积型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 板状线位移变面积型 2.变面积型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 当其中一个极板发生x位移后，改变了两极板间的遮盖面积S，电容量C同样随之变化。 线性 2.变面积型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 2.变面积型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 初始电容C0为： 当内筒上移x时，内外筒间的电容C1为： 与x成线性关系 3.变介电常数型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 设固定极板长度为a、宽度为b、两极板间的距离为δ；被测物的厚度和它的介电常数分别为δx和ε 3.变介电常数型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 3.变介电常数型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 3.变介电常数型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 设极板宽度为b，板间无介质ε2时，传感器的电容量为： 3.变介电常数型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 插入介质ε2后的电容量为： 3.变介电常数型电容传感器 2.2.1 电容式传感器的基本原理 所以 1.电容式传感器的优点 2.2.2 电容传感器的特点 （1）温度稳定性好 传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，且空气等介质损耗很小，只要从强度、温度系数等机械特性考虑，合理选择材料和几何尺寸其他因素(因本身发热极小) 影响甚微。 （2）结构简单，适应性强 电容式传感器结构简单，易于制造。能在高低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，适应能力强，尤其可以承受很大的温度变化，在高压力、高冲击、过载等情况下都能正常工作，能测超高压和低压差，也能对带磁工件进行测量。此外传感器可以做得体积很小，以便实现某些特殊要求的测量。 1.电容式传感器的优点 2.2.2 电容传感器的特点 （3）动态响应好 电容式传感器由于极板间的静电引力很小（约5-10N），需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几MHz的频率下工作，特别适合动态测量。又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等。 （4）可以实现非接触测量、具有平均效应 当被测件不能允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。 1.电容式传感器的优点 2.2.2 电容传感器的特点 电容式传感器除上述优点之外，还因带电极板间的静电引力极小，因此所需输入能量极小，所以特别适宜低能量输入的测量，例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高。 2.电容式传感器的缺点 (1)输出阻抗高，负载能力差 电容式传感器的容量受其电极几何尺寸等限制，一般为几十到几百pF，使传感器的输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗高达106～108Ω。因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取屏蔽措施，从而给设计和使用带来不便。 2