第三章电容式传感器

1、 电容式传感器是将被测物理量（如压力、液位等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。实际上，它本身就是一个可变电容器。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态特性好等一系列优点，被广泛应用于位移、压力、液位等信号的检测中，在工业控制中占有十分重要的地位。第三章 电容式传感器2 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容变化量的一种传感器。 结构简单、分辨力高、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作 。3 3.1电容式传感器工作原理及类型 3.2电容式传感器的转换电路 3.3电容式传感器的应用 43.1电容式传感器工作原理及类型 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果

2、不考虑边缘效应，其电容量为 保持其中两个参数不变，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输出。 电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面积式和变介质式3种类型。 ACd53.1.1 变面积式电容传感器 面积变化式电容传感器在工作时的极距、介质等保持不变，被测量的变化使其有效作用面积发生改变。 变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板，另一个是可移动的，称为动极板。6面积变化型电容传感器原理 7差动结构形式 为提高测量精度，常采用差动结构形式，以减少动极板与定极板之间的相对极距可能变化而引起的测量误差。 。 83.1.2 变极距式

3、电容传感器 两极板的有效作用面积及极板间的介质保持不变，则电容量C随极距d按非线性关系变化， 9电容值 动极板2未动时传感器初始电容 （ ）。 当动极板2移动x值后， xC00ACd0C00000(1)1xCAxCCxdxdxd103.1.3 变介电常数式电容传感器 介质变化型电容传感器的极距、有效作用面积不变，被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。 主要用来测量两极板之间的介质的某些参数的变化，如介质厚度、介质湿度、液位等。11介质变化型电容传感器结构 第二节第二节 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路1交流电桥 2调频电路 3运算放大式电路 4二极管双T型交流电桥 一、普通交流电

4、桥一、普通交流电桥电容电容变化变化交流交流电压电压变化变化初始初始电电桥桥平平衡衡交流交流电压电压放大放大检出检出直流直流电压电压滤掉滤掉交流交流分量分量直流直流电电压压输输出出Z Zi iZ ZiZZZZZZZUZZU)(211210142调频电路 把传感器接入调频振荡器的LC谐振网络中，被测量的变化引起传感器电容的变化，继而导致振荡器谐振频率的变化。频率的变化经过鉴频器转换成电压的变化，经过放大器放大后输出。 15调频电路的特点 测量电路的灵敏度很高，可测0.01m的位移变化量，抗干扰能力强（加入混频器后更强），缺点是电缆电容、温度变化的影响很大，输出电压U0与被测量之间的非线性一般要靠电

5、路加以校正，因此电路比较复杂。 163运算放大式电路 极距变化型电容传感器的电容与极距之间的关系为反比关系，传感器存在原理上的非线性。利用运算放大器的反相比例运算可以使转换电路的输出电压与极距之间关系变为线性关系，从而使整个测试装置的非线性误差得到很大的减小。 17特点 运算式电路的原理较为简单，灵敏度和精度最高。但一般需用“驱动电缆”技术来消除电缆电容的影响，电路较为复杂且调整困难。184二极管双T型交流电桥 二极管双T型交流电桥电路原理图。e是高频电源，它提供幅值为Ui的对称方波，VD1、VD2为特性完全相同的2个二极管，R1=R2=R，C1、C2为传感器的两个差动电容。 3.33.3 电容式传感器的应用电容式传感器的应用一、电容式位移传感器一、电容式位移传感器测杆测杆固定电极固定电极活动电极活动电极开槽片簧开槽片簧二、电容式压力传感器二、电容式压力传感器金属膜片金属膜片玻璃玻璃玻璃玻璃多孔金属滤波器多孔金属滤波器金属渡层金属渡层垫圈垫圈P P三、电容式加速度传感器三、电容式加速度传感器固定电极固定电极固定电极固定电极质量块质量块m m质量块质量块m m 弹簧片弹簧片+ +C C- -C C四、电容式液位传感器四、电容式液位传感器绝缘绝缘内电极内电极外电极外电极不导电液体不导电液体导