第05章 电容式传感器

1、11第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器11第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器22第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器22第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器优点：优点：高阻抗，小功率。高阻抗，小功率。灵敏度高，具有较高的信噪比和系统稳定性。灵敏度高，具有较高的信噪比和系统稳定性。良好的动态特性。良好的动态特性。结构简单，适应性强。结构简单，适应性强。可进行非接触测量。可进行非接触测量。本身发热影响小。本身发热影响小。缺点：缺点：变间隙电容传感器非线性较严重。变间隙电容传感器非线性较严重。输出阻抗很高。输出阻抗很高。寄生电容大。寄生电容大。33第第7章章 磁电式传感器磁电

2、式传感器33第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器应用：应用： 44第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器44第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器电容式接近开关电容式接近开关电容式指纹传感器电容式指纹传感器电容式变送器电容式变送器差压传感器各种电容式传感器各种电容式传感器55第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器55第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器电容式传感器典型应用电容式传感器典型应用硅微电容式传感器硅微电容式传感器测量管道液位高度测量管道液位高度66第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器66第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章

3、电容式传感器5.1 5.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理在忽略在忽略边缘效应边缘效应时，平板时，平板电容器的电容为电容器的电容为 dACr01 1 平板电容器平板电容器77第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器77第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器边缘效应边缘效应：1）边缘效应产生的原因）边缘效应产生的原因2）产生的后果）产生的后果:边缘效应将使电容量增大，灵敏度降边缘效应将使电容量增大，灵敏度降低。低。+-图图5-3 5-3 边缘效应边缘效应 88第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器88第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器3）消除边缘效

4、应的方法）消除边缘效应的方法增大初始电容量，即可适当增大极板面积、增大初始电容量，即可适当增大极板面积、 减小极减小极板间距。板间距。采用等位环的方法。采用等位环的方法。图图5-4 5-4 消除边缘效应消除边缘效应99第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器99第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 d 距离，称变极距型传感器距离，称变极距型传感器 S S 面积，称变面积型传感器面积，称变面积型传感器 介质，称变介质型传感器介质，称变介质型传感器变极距型传感器变极距型传感器按电容器参数变化特性分类按电容器参数变化特性分类电容器电容器 C 可以通过改变可以通过改变 5.2 5.2

5、电容式传感器的结构类型及主要特性电容式传感器的结构类型及主要特性1010第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1010第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器变面积型传感器变面积型传感器1111第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1111第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器变介质型传感器变介质型传感器1212第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1212第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器5.2.1 5.2.1 变极距型平板电容式传感器变极距型平板电容式传感器设动极板未移动时极板间距为设动极板未移动时极板间距为d0,初始电容量为：初始电容量为

6、：00A dC（5.2.1）1313第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1313第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器极板极板2 2上移上移d d：电容的相对变化量为：电容的相对变化量为： 10000dddddddCCdddCddddAdAddAC000000 （5.2.2）（5.2.3）1414第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1414第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 00ddCC所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足dddd0 0的条件。且一般的条件。且一般dd只能在极小的范围内变化。只能在极小的范围内变

7、化。一般取一般取d/dd/d=0.020.1=0.020.1。时，当1/0dd .13020000ddddddddCC级数展开级数展开（5.2.4）（5.2.5）1515第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1515第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 %1000020ddddddr）（式（式（5.2.4）略去二次方以上各项，得）略去二次方以上各项，得 )(1 000ddddCC（5.2.6）图图5-5 5-5 变间隙式传感器的非线性变间隙式传感器的非线性1616第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1616第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 120200

8、0ddAdCdCK传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：（5.2.7）说明说明: :1 1）灵敏度）灵敏度K K与极距与极距d d0 0的平方成反比。的平方成反比。2) 2) 为了提高灵敏度，减小非线性，常采用差动电容为了提高灵敏度，减小非线性，常采用差动电容式传感器式传感器. . 1717第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1717第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器d d0 0越小，灵敏度越高。越小，灵敏度越高。d d0 0过小，容易引起电容击穿或短路。过小，容易引起电容击穿或短路。 采取的措施：可在极板间放置云母片或其它介电常数采取的措施：可在极板间放置云母片或其它介电

9、常数高的材料。高的材料。0dydyAC图图5-6 5-6 极板间放置云母片极板间放置云母片1818第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1818第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器图图5-7 5-7 差动电容式传感器差动电容式传感器差动电容式传感器差动电容式传感器1919第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1919第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器初始位置时，初始位置时，00, 021 dSCddddddddd0201,1000011 ddCddSCCC1000021 ddCddSCCC（5.2.9）（5.2.8）2020第第7章章 磁电式传感器磁电式传

10、感器2020第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器时，当1/0dd .13020001ddddddCC .13020002ddddddCC .22300021ddddCCCC（5.2.10）（5.2.11）（5.2.12）2121第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2121第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 S2 22000ddCdCK %100%10020030 ddddddr略去高次项：略去高次项：电容量的相对变化为电容量的相对变化为 ： 12402000 ）（）（ddddddCC非线性误差为：非线性误差为： 002ddCC（5.2.15）（5.2.

11、14）（5.2.13）（5.2.16）2222第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2222第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 板状线位移变面积型板状线位移变面积型 当动极板沿箭头所示的方向移动当动极板沿箭头所示的方向移动x x时，其电容量为时，其电容量为 传感器的灵敏度为传感器的灵敏度为图图5-8 5-8 变面积式板状线位移变面积式板状线位移dbxCKax CC05.2.2 5.2.2 变面积型电容传感器变面积型电容传感器dbxaCCCr/)(002323第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2323第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器说明说明: :1.

12、1. 传感器的输出呈线性传感器的输出呈线性; ;2.2. 增大增大b,b,减小减小d d0 0，可提高灵敏度，但是，可提高灵敏度，但是b b值的增大受结值的增大受结构的限制。而构的限制。而d d值也不可能太小，否则有可能引起电值也不可能太小，否则有可能引起电容的容的击穿或短路击穿或短路，同时加工难度加大，同时加工难度加大; ;3. x不能太小，否则边缘效应影响增大，引起非线性。不能太小，否则边缘效应影响增大，引起非线性。 2424第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2424第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器初始电容初始电容C C0 0为：为：rRlCln200lxCrRx

13、lC1ln2001当内筒上移当内筒上移x x时，内外筒时，内外筒间的电容间的电容C C1 1为：为：rRlx同心圆筒形线位移电容式传感器同心圆筒形线位移电容式传感器图图5-9 5-9 变面积式筒状线位移变面积式筒状线位移2525第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2525第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 电容量的相对变化为：电容量的相对变化为：灵敏度为：灵敏度为： 可见，其输出与输入成线性关系，灵敏度是常数，但与可见，其输出与输入成线性关系，灵敏度是常数，但与极板变化型相比，圆柱式电容传感器灵敏度较低，但其测量极板变化型相比，圆柱式电容传感器灵敏度较低，但其测量范围更大

14、。范围更大。lx CC0)/ln(20rRlC xCK2626第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2626第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器0CC，0dSC 0，0 11 00CdSCCC0CCK 灵敏度：灵敏度：电容量的相对变化为：电容量的相对变化为：变面积型角位移变面积型角位移2727第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2727第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 串联：011212101AC CCCCdd 0001ACdd=10001111CCCCdd0110212AACCCd 0120AACd01101ACCCd5.2.3 5.2.3 变介电常

15、数型电容传感器变介电常数型电容传感器 并联：2828第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2828第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 12002r/rlnhC 图图5-12 5-12 液位传感器液位传感器 1212r/rlnhCx 12022r/rlnhhCx 2929第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2929第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 /ln2/ln2/ln2/ln2000012012012012xxxxhhCCrrhrrhrrhhrrhC hhCCx000 图图5-12 5-12 液位传感器液位传感器3030第第7章章 磁电式传感器磁电式

16、传感器3030第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器1 1、变间距式电容传感器适用于测量微小位移是变间距式电容传感器适用于测量微小位移是因为因为( ) A.电容量微弱、灵敏度太低电容量微弱、灵敏度太低 B.传感器灵敏度与间距平方成反比，间距变化传感器灵敏度与间距平方成反比，间距变化大则非线性误差大大则非线性误差大 C.需要做非接触测量需要做非接触测量2 2、变间距（、变间距（d d）型平板电容传感器，当）型平板电容传感器，当d0=1mmd0=1mm时，若要求测量线性度为时，若要求测量线性度为0.1%0.1%，求允许间距测，求允许间距测量的最大变化量是多少？量的最大变化量是多少

17、？练习题练习题3131第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3131第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器3、已知变面积型电容传感器的两极板间距离、已知变面积型电容传感器的两极板间距离为为10mm，=50F/m，两极板几何尺寸一，两极板几何尺寸一样，为样，为30mm20mm5mm,在外力作用在外力作用下，其中动极板在原位置上向外移动了下，其中动极板在原位置上向外移动了10mm，已知真空时的介电常数，已知真空时的介电常数0=8.85410-12 F/m，试求，试求C=？ K=？3232第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3232第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传

18、感器常用典型的测量电路有以下几种常用典型的测量电路有以下几种: :5.3 5.3 电容式传感器的测量电路电容式传感器的测量电路 3333第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3333第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器5.3.1 5.3.1 调频测量电路调频测量电路 电容式传感元件作为电容式传感元件作为LCLC振荡器谐振回路的一振荡器谐振回路的一部分，振荡器振荡频率部分，振荡器振荡频率12fLC当电容传感器工作时，电容当电容传感器工作时，电容C C发生变化，使振荡器发生变化，使振荡器的频率的频率f f发生相应的变化发生相应的变化f。 3434第第7章章 磁电式传感器磁电式传感

19、器3434第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器5.3.2 5.3.2 运算放大器式电路运算放大器式电路 1）优点：改善单个变极距型电容式传感器特性的非）优点：改善单个变极距型电容式传感器特性的非线性关系线性关系 2）原理：如图所示）原理：如图所示图图5-17 运算放大器式电路运算放大器式电路3535第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3535第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器电路假设条件：电路假设条件：（1）运算放大器增益非常高，输入电压若不使放大器）运算放大器增益非常高，输入电压若不使放大器饱和饱和 。“虚地虚地”（2）放大器的输入阻抗很高）放大器的

20、输入阻抗很高 。x0 xx0iIICjIUCjIU&wwo0 0oxiCCUU&dSCxdSCUUio0&3636第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3636第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器（3 3）注意）注意输出输出U Uo o与动极片位移与动极片位移d d成线性关系是在运算放大器的放大倍成线性关系是在运算放大器的放大倍数和输入阻抗无限大的条件下得出的，实际上该测量电路仍然数和输入阻抗无限大的条件下得出的，实际上该测量电路仍然存在一定的非线性。存在一定的非线性。 U Uo o与电源电压与电源电压UiUi、固定电容、固定电容C C0 0及电容式传

21、感器的及电容式传感器的、A A等有等有关，任何这些参数的波动都将使输出特性产生误差，因此固定关，任何这些参数的波动都将使输出特性产生误差，因此固定电容电容C C0 0必须稳定，且需要高精度的交流稳压源。必须稳定，且需要高精度的交流稳压源。由于电容传感器的电容小，容抗很高，故传感器与放大器之由于电容传感器的电容小，容抗很高，故传感器与放大器之间的联结，需要有屏蔽措施。间的联结，需要有屏蔽措施。3737第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3737第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器1.1.阻容电桥阻容电桥5.3.3 5.3.3 电桥电路电桥电路 图图 5-14 5-14 阻容电

22、桥电路原理阻容电桥电路原理3838第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3838第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器2.变压器电桥变压器电桥图图 5-15 5-15 变压器电桥电路原理变压器电桥电路原理22111,1CjZCjZww3939第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器3939第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器将阻抗表达式代入上式得将阻抗表达式代入上式得 当动极板移动当动极板移动d时，时，则有则有 电桥的输出电压为电桥的输出电压为: )(221212122ZZZZUUZZZUUsc)(21221CCCCUUscddACddAC0201,02ddUU

23、sc输出与位移成理想线性关系输出与位移成理想线性关系4040第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4040第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器3.二极管双二极管双T型交流电桥型交流电桥 当传感器没有输当传感器没有输入时，入时， C1C2一个周期内流过负载的平均电流为一个周期内流过负载的平均电流为0电源正半周电源正半周电源正半周电源正半周电源正半周电源正半周电源负半周电源负半周4141第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4141第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器3.二极管双二极管双T型交流电桥型交流电桥当传感器有输入时，当传感器有输入时，C1C1C2C20

24、122(2)()()LLLR RRURE fCCRR 在负载和电源确定的情况下，输出电压只与电容的在负载和电源确定的情况下，输出电压只与电容的差值有关。差值有关。 该测量电路的优点：电路简单，无需相敏检波和整该测量电路的优点：电路简单，无需相敏检波和整流电路，便可得到较高的直流输出电压。输出信号流电路，便可得到较高的直流输出电压。输出信号的上升时间取决于负载电压，可用于测量高速机械的上升时间取决于负载电压，可用于测量高速机械运动。运动。4242第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4242第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器5.3.4 5.3.4 差动脉宽调制电路差动脉宽调制

25、电路图图5-16 差动脉冲调宽电路差动脉冲调宽电路4343第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4343第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器差动脉冲调宽电路各点电压波形图差动脉冲调宽电路各点电压波形图4444第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4444第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器根据电路知识可知：根据电路知识可知： 12121211UTTTU UTTTUBA，U UA A、U UB BA A点和点和B B点的矩形脉冲的直流分量；点的矩形脉冲的直流分量；T T1 1、T T2 2 分别为分别为C C1 1和和C C2 2的充电时间；的充电时间；U U

26、1 1触发器输出的高电位。触发器输出的高电位。 lnln1122211111ffUUUCRTUUUCRTC C1 1、C C2 2的充电时间的充电时间T T1 1、T T2 2为：为：)1 (111TfeUU4545第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4545第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器A A、B B两点间的电压经低通滤波器滤波后获得，等于两点间的电压经低通滤波器滤波后获得，等于A A、B B两点电压平均值两点电压平均值U UA A与与U UB B之差，之差， 12121121212110UTTTTUTTTUTTTUUUBA设设R R1 1R R2 2R R，则，则

27、 121210UCCCCU说明差动脉冲调制电路输出的直流电压与传感器两电说明差动脉冲调制电路输出的直流电压与传感器两电容差值成正比。容差值成正比。 4646第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4646第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器对于差动式变极距型电容传感器：对于差动式变极距型电容传感器： UddU100对于差动式变面积型电容传感器来说，设电容器初对于差动式变面积型电容传感器来说，设电容器初始有效面积为始有效面积为S S0 0，变化量为，变化量为S S，则滤波器输出为：，则滤波器输出为： USSU1004747第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4747第第7章章 磁

28、电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器结论：结论：差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容传感器，差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容传感器，并具有理论上的线性特性。并具有理论上的线性特性。该电路采用直流电源，电压稳定度高，不存在稳频、该电路采用直流电源，电压稳定度高，不存在稳频、波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等；波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等；经低通滤波器可输出较大的直流电压，对输出矩形经低通滤波器可输出较大的直流电压，对输出矩形波的纯度要求也不高。波的纯度要求也不高。4848第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4848第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式

29、传感器5.4.1 5.4.1 温度变化对结构稳定性的影响温度变化对结构稳定性的影响1.1.温度变化引起传感器特性结构变化温度变化引起传感器特性结构变化引起电容式传感器各组成零件尺寸改变，与组成零件的几何尺引起电容式传感器各组成零件尺寸改变，与组成零件的几何尺寸及零件材料的线膨胀系数有关。寸及零件材料的线膨胀系数有关。补偿：补偿：在结构设计中应尽量减少热膨胀尺寸链的组成环节数目及其在结构设计中应尽量减少热膨胀尺寸链的组成环节数目及其尺寸；尺寸；选用膨胀系数小，几何尺寸稳定的材料。选用膨胀系数小，几何尺寸稳定的材料。采用差动对称结构并在测量线路中对温度误差加以补偿。采用差动对称结构并在测量线路中对

30、温度误差加以补偿。2.2.温度变化引起介质介电常数的变化。温度变化引起介质介电常数的变化。5.45.4电容式传感器的结构及抗干扰问题电容式传感器的结构及抗干扰问题4949第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器4949第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器寄生电容寄生电容分布电容分布电容：电容极板与周围物体（元器件、人体等）：电容极板与周围物体（元器件、人体等）之间产生的一个电容。之间产生的一个电容。：电容引线与大地之间的电容。：电容引线与大地之间的电容。消除克服方法消除克服方法 ：1 1）静电屏蔽（消除寄生电容）：传感器放入金属壳）静电屏蔽（消除寄生电容）：传感器放入金属壳体内

31、；体内；2 2）引线采用屏蔽线且屏蔽线外层良好接地；）引线采用屏蔽线且屏蔽线外层良好接地；3 3）采用）采用驱动电缆技术。驱动电缆技术。5.4.2 5.4.2 寄生电容寄生电容5050第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5050第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器xC15151第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5151第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器4、现有一只、现有一只0-20mm的电容位移传感器，其结的电容位移传感器，其结构如图（构如图（a）所示。已知）所示。已知L=25mm,R=6mm, r=4.5mm,其中圆柱其中圆柱C为内电极，为内电极，

32、A,B圆筒为两圆筒为两个外电极，个外电极，D为屏蔽套筒，为屏蔽套筒，C、B构成一个固定构成一个固定电容电容CF,C、A构成一个随屏蔽套筒伸入位移量构成一个随屏蔽套筒伸入位移量x而变的可变电容而变的可变电容CX,拟采用理想运放电路（如拟采用理想运放电路（如图图b）,试回答：试回答：练习题练习题5252第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5252第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器（1）要求运放输出电压与输入位移）要求运放输出电压与输入位移x成正比，成正比，在运放线路中在运放线路中CF与Cx应如何连接？应如何连接？（2）屏蔽筒伸入）屏蔽筒伸入1mm所引起的电容变化量为所引起的电

33、容变化量为多大？多大？（3）输入电压）输入电压Usr=6V时，输出电压时，输出电压Usc为多为多少？少？（4）固定电容）固定电容CF的作用何在？的作用何在？（5）传感器与运放线路的连接线对传感器的输）传感器与运放线路的连接线对传感器的输出有无影响？出有无影响？5353第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5353第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器凸玻璃圆片凸玻璃圆片弹性膜片弹性膜片( (动电极动电极) )P PP P弹性膜片弹性膜片( (动电极动电极) )5.55.5 电容式传感器的应用电容式传感器的应用5454第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5454第第7章章 磁电式

34、传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器hmaxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA00000CCCCCCCCCCCCCCCAAHAALLALA;5555第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5555第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器图图5-20 电容式称重传感器电容式称重传感器电容式称重传感器的结构形式很多，基本原理都是利用电容式称重传感器的结构形式很多，基本原理都是利用弹性敏感元件受压后变形，引起电容随外加重量的变化弹性敏感元件受压后变形，引起电容随外加重量的变化而变化。而变化。称重时，弹性元件受力变形，称重时，弹性元件受力变形，使动极板发生位移，导致传使

35、动极板发生位移，导致传感器电容量变化。配接调频感器电容量变化。配接调频式电路，就会引起振荡器的式电路，就会引起振荡器的振荡频率变化，频率信号经振荡频率变化，频率信号经计数、编码，传输到显示部计数、编码，传输到显示部分。分。5656第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5656第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器图图5-21 电容式称重传感器电容式称重传感器F在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成一在弹性钢体上高度相同处打一排孔，在孔内形成一排平行的平板电容，当称重时，钢体上端面受力，排平行的平板电容，当称重时，钢体上端面受力，圆孔变形，每个孔中的电容极板间隙变小，其电容圆

36、孔变形，每个孔中的电容极板间隙变小，其电容相应增大。由于在电路上各相应增大。由于在电路上各电容是并联的，因而输出反电容是并联的，因而输出反映的结果是平均作用力的变映的结果是平均作用力的变化，测量误差大大减小（误化，测量误差大大减小（误差平均效应）差平均效应）5757第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5757第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器弹簧片弹簧片定极板定极板2 2质量块（动极板）质量块（动极板）定极板定极板1 1绝缘体绝缘体aC1C2m例例3 3 电容式加速度传感器电容式加速度传感器5858第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5858第第7章章 磁电式传感器磁电式

37、传感器第5章 电容式传感器例例4 4 电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用CBRR0C1C2C1L2L图图5-235-23 电容式传感器测钢板厚度电容式传感器测钢板厚度5959第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器5959第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器图图5-24 5-24 电容式料位计电容式料位计1-1-金属电容；金属电容； 2-2-测量电极；测量电极；3-3-辅助电极；辅助电极； 4-4-绝缘套绝缘套电容式料位计不仅能测不同电容式料位计不仅能测不同性质的液体，而且还能测量性质的液体，而且还能测量不同性质如块状、颗粒状、不同性质如块

38、状、颗粒状、粉状、导电性、非导电性的粉状、导电性、非导电性的物料。但因固体摩擦力大，物料。但因固体摩擦力大，容易容易“滞留滞留”，产生虚假料，产生虚假料位，因此一般不使用双层电位，因此一般不使用双层电极，而是只用一根电极棒。极，而是只用一根电极棒。6060第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器6060第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器000ln2LdDCL 电容式料位计在测量时，物料的温度、湿度、密度电容式料位计在测量时，物料的温度、湿度、密度变化或掺有杂质时，会引起介电常数变化，产生测变化或掺有杂质时，会引起介电常数变化，产生测量误差。为了消除这一介质因素引起的测量误差，

39、量误差。为了消除这一介质因素引起的测量误差，一般将一根辅助电极始终埋入被测物料中。辅助电一般将一根辅助电极始终埋入被测物料中。辅助电极与测量电极极与测量电极( (也称主电极也称主电极) )可以同轴，也可以不同可以同轴，也可以不同轴。设辅助电极长轴。设辅助电极长L L0 0，它相对于料位为零时的电容，它相对于料位为零时的电容变化量为变化量为 ：6161第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器6161第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器00LHCCLx由于由于L L0 0是常数，因此料位变化仅与两个电容变化量之是常数，因此料位变化仅与两个电容变化量之比有关，而介质因素波动所引起的电

40、容变化对主电极比有关，而介质因素波动所引起的电容变化对主电极与辅助电极是相同的，相比时被抵消掉，从而起到误与辅助电极是相同的，相比时被抵消掉，从而起到误差补偿作用。差补偿作用。6262第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器6262第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 常规的键盘有机械式按键和电常规的键盘有机械式按键和电容式按键两种。容式按键两种。 电容式键盘是基于电容式开关电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改变的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。理论上这种开关是无触点非接触式的，磨过的条件。理论上这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，损率极小甚至可以忽略不计，也没有接触不良的隐患，具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高质量的键具有噪音小，容易控制手感，可以制造出高质量的键盘，但工艺较机械结构复杂。盘，但工艺较机械结构复杂。 6363第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器6363第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为当油箱中注满油时，液位上升