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低频透射涡流测厚仪原理 第30页，共56页，编辑于2022年，星期五 主要内容 1 电容式传感器的工作原理和结构 2 电容式传感器的灵敏度及非线性 3 电容式传感器的测量电路 4 电容式传感器的应用 6.6　电容式传感器 第31页，共56页，编辑于2022年，星期五 1、电容式传感器的工作原理和结构 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量可表示为: 被测参数变化使得S、 d或ε发生变化时，电容量C也随之变化。 　　如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数， 就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量的输出。 　　由此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。 第32页，共56页，编辑于2022年，星期五 电容式传感元件的各种结构形式 第33页，共56页，编辑于2022年，星期五 1 变极距型电容传感器 当传感器的εr和S为常数，初始极距 为d0时，其初始电容量C0为： 若电容器极板间距离由初始值d0缩小了Δd， 电容量增大了ΔC，则有： 电容量与极板间距离的关系 上式中，若Δd/d01时，则可展成级数： 此时C与Δd近似呈线性关系。变极距型电容传感器只有当Δd/d0很小时才有近似的线性关系。 第34页，共56页，编辑于2022年，星期五 显然，d0越小对于同样的Δd变化，ΔC越大，因而可提高传感器灵敏度。但d0过小，容易引起电容器击穿或短路，为此，极板间可采用高介电常数的材料（云母、 塑料膜等）作介质, 如图所示，此时电容C变为： 式中：εg为云母的相对介电常数，εg=7； ε0为空气的介电常数，ε0=1； d0——空气隙厚度； dg——云母片的厚度。 云母片的相对介电常数是空气的7倍，其击穿电压不小于1000 kV/mm，而空气仅为3kV/mm。因此加上云母片，极板间起始距离可大大减小。 一般变极距式电容传感器的起始电容在20~100pF之间，极板间距离在25~200μm 的范围内。最大位移应小于间距的1/10， 故在微位移测量中应用最广。 第35页，共56页，编辑于2022年，星期五 2 变面积型电容式传感器 　　被测量通过动极板移动引起两极板有效覆盖面积S改变，从而得到电容量的变化。当动极板相对于定极板沿长度方向平移Δx时，则电容变化量为 式中C0=ε0εr ba/d为初始电容。 则电容的相对变化量为： 这种形式的传感器的电容量C与水平位移Δx呈线性关系。 第36页，共56页，编辑于2022年，星期五 电容式角位移 传感器原理图 当动极板有一个角位移θ时，与定极板间的有效覆盖面积就发生改变，从而改变了两极板间的电容量。当θ=0时有： 当θ≠0时有： 从上式可以看出，传感器的电容量C与角位移θ呈线性关系。 第37页，共56页，编辑于2022年，星期五 3 变介质型电容式传感器 　此时传感器电容值为： 式中： C0为由传感器的基本尺寸决定的初始电容值, 即 可见：此传感器的电容增量正比于被测液位高度h。 电容式液位变换器 结构原理图 第38页，共56页，编辑于2022年，星期五 　　图中两平行电极固定不动，极距为d0，相对介电常数为εr2的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变两种介质的极板覆盖面积。 传感器总电容量C可表示为: 另一种形式的 变介质型电容式传感器 若电介质εr1=1, 当L=0时，传感器初始电容C0=ε0εrL0b0/d0。 当被测介质εr2进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为 可见，电容量的变化与电介质εr2的移动量L成线性关系。 第39页，共56页，编辑于2022年，星期五 表5-1 电介质材料的相对介电常数 第40页，共56页，编辑于2022年，星期五 —检测技术— 山东科技大学信电学院 检测技术下篇章下 第1页，共56页，编辑于2022年，星期五 电感式传感器 6.3 自感式传感器 6.4 差动变压器式传感器 6.5涡流传感器 第2页，共56页，编辑于2022年，星期五 电感式传感器的工作基础：电磁感应 即利用线圈自感或互感的改变来实现非电量的测量 分为自感式、变压器式、涡流式等 特点： 工作可靠、寿命长 灵敏度高，分辨力高 精度高、线性好 性能稳定、重复性好 第3页，共56页，编辑于2022年，星期五 1、 自感式传感器 1.1 工作原理 自感式传感器又称为变磁阻式传感器， 主要由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。 铁芯和衔铁由导磁材料制成。 　在铁芯和衔铁之间有气隙，厚度为δ 传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁 移动时，δ发生改变，引起磁路中磁阻 变化，从而导致电感线圈的电