检测技术07 第七章.ppt

传感器与测试技术 机电工程学院* 第7章 电容式传感器 1.掌握传感器工作原理及特性　　　 2.掌握测量电路 3.了解传感器的应用 第7章 电容式传感器 7.1 工作原理及特性 工作原理:将被测量转化为电容量变化。 + + + ? A ? 两平行极板组成的电容器，其电容量为: δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。 1、极距δ变化型 + + + + + + 灵敏度： 灵敏度s与极距的平方成反比，极距越小，灵敏度越高，但极距减小受电容极板间击穿电压的限制。一般?0＝0.1～1mm左右。 电容量C与极距δ呈非线性关系，为了减小非线性误差，通常极距变化范围??/?0?0.01～0.1。 此类电容传感器仅适于微小位移的测量（0.01?m～数百微米）；非接触测量 工作特性： 实际应用中，为了提高传感器的灵敏度、增大线性工作范围和克服外界条件（如电源电压、环境温度等）的变化对测量精度的影响，常常采用差动型电容式传感器。 2、面积变化型：常用的有角位移型和线位移型两种。 由于平板型传感器的可动极板稍有极距方向移动会影响测量精度，因此，一般情况下，变面积型电容式传感器常做成圆柱形。 当覆盖长度x变化时，电容量变化，其灵敏度为 圆筒形电容器的电容为: 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。 图中，厚度为?2 的介质（?2 为其介电常数）在电容器中左右运动，由于电容器中介质的介电常数改变，电容量改变。设电容器极板宽度为b，介质?2的宽度大于等于b。 当极板间无介质?2时， 3、介电常数变化型 存在介质时，C=CA+CB （并联） 其中：?1= ? - ?2 从而： 灵敏度 常用于测量电介质的厚度、位移、液位，还可根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变而改变来测量温度、湿度、容量等。 目前较常采用的有电桥电路、谐振电路、调频电路、运算放大电路、差动脉冲宽度调制电路等。 7.2 测量电路 1、电桥电路 2、谐振电路 电容传感器的电容Cx作为谐振回路(L2、C2、Cx)调谐电容的一部分。谐振回路通过电感耦合，从稳定的高频振荡器取得振荡电压。当传感器电容发生变化时，使得谐振回路的阻抗发生相应的变化，被转换为电压或电流，再经过放大、检波即可得到相应的输出。 3、调频电路 4、运算放大器电路 输出电压与间隙成线性关系。 5、脉冲宽度调制电路 直流输出电压与输入(间隙变化)成线性关系。 7.3 电容式传感器的应用 电容式传感器的优点： 输入能量小而灵敏度高。 精度高达0.01% 。 (3)动态特性好，适合测量动态参数。 (4)能量损耗小。 (5)结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）。 缺点：电缆分布电容影响大。 集成电路、双屏蔽传输电缆等——降低分布电容的影响 电容式传感器广泛应用在位移、压力、流量、液位等测试中。