汽车工程测试技术基础-第6章-电容式传感器课件

第六章电容式传感器6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.2电容式传感器的灵敏度及非线性6.1电容式传感器的工作原理主要内容：2022/10/291GongYuanMing@第六章电容式传感器6.4电容式传感器的应用6.3电容式6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平行极板电容器，当忽略电容器边缘效应时，其电容量为：可见，若改变A、d或参数中的任一参数，电容器的电容量均会随之改变。6.1.1电容式传感器的工作原理--极板间介质的相对介电常数--真空介电常数--相对有效面积--两金属极板间的距离2022/10/292GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平行极板电容器6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理

当被测参数变化使得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输出变极距型变面积型变介电常数型电容式传感器可分为：2022/10/293GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理当被测6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式传感元件的各种结构形式结构形式2022/10/294GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式传感元件6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平面线位移型角位移型圆柱体线位移型差动式圆柱体线位移型2022/10/295GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平面线位移型角1、改变极板间距式（d型）电容传感器假定电容器极板面积为A，初始极板间距为d0,介电常数为，则电容器的初始电容值为：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/296GongYuanMing@1、改变极板间距式（d型）电容传感器假定电容器极板面积为A，如果两极板间间距减小，设电容增量为，则有：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/297GongYuanMing@如果两极板间间距减小，设电容增量为，则有：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理如果，则上式按泰勒级数展开为：2022/10/298GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理如果6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容量与极板间距离的关系

略去高次项，可得到电容增量与极板间距变化量之间的近似线性关系式：2022/10/299GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容量与极板间6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理此时ΔC与Δd近似呈线性关系，所以变极距型电容式传感器只有在很小时，才有近似的线性关系。2022/10/2910GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理此时ΔC与Δd6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理在d0较小时，对于同样的Δd变化所引起的ΔC可以增大，从而使传感器灵敏度提高。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,如图下图所示，此时电容C变为2022/10/2911GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理在d6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：εg——云母的相对介电常数，εg=7；ε0——空气的介电常数，ε0=1；

d0——空气隙厚度；

dg——云母片的厚度。图5-4放置云母片的电容器egdgd0e02022/10/2912GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：图5-46.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理

云母片的相对介电常数是空气的7倍，其击穿电压不小于1000kV/mm，而空气仅为3kV/mm。因此有了云母片，极板间起始距离可大大减小。一般变极板间距离电容式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。2022/10/2913GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2、改变极板相对有效面积式（S型）电容传感器假定初始状态时电容器的电容量为:

改变极板间相对有效面积后，电容器的电容量为Cx，则有：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2914GongYuanMing@2、改变极板相对有效面积式（S型）电容传感器假定初始6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理这种传感器输入与输出间具有线性关系，所以适用于大位移测量。这种传感器也可以做成差动式。电容器还可做成扇形、柱面形和圆筒形。2022/10/2915GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理这种传感器输入6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2916GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10图示是一种传感器测定液面高度的工作示意图，假定电容器的初始电容值为C0，介电常数改变后电容器的电容值为：电容器的结构特性常数k与电容器结构、真空介电常数及被测介质有关。当传感器结构与被测介质性质确定后，电容器的电容量仅与被测介质高度有关3、改变极板间介电常数式（型）电容传感器6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2917GongYuanMing@图示是一种传感器测定液面高度的工作示意图，假定电容器的初始电6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式液位变换器结构原理图

变介质型电容式传感器2022/10/2918GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式液位变换6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：C0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值,即

可见：此变换器的电容增量正比于被测液位高度h。C1C2+2022/10/2919GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：C0—6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.1电容式传感器的工作原理电容式传感器6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2920GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.前面已得到：电容的相对变化量为当|Δd/d0|<<1时，按级数展开，可得6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2921GongYuanMing@前面已得到：电容的相对变化量为当|Δd/d0|<<1时，6.2电容式传感器的灵敏度及非线性可见，输出电容的相对变化量ΔC/C0与输入位移Δd之间成非线性关系，当|Δd/d0|<<1时可略去高次项，得到近似的线性关系：电容传感器的灵敏度为:2022/10/2922GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性可见，输出电容的相对变化6.2电容式传感器的灵敏度及非线性如果考虑式的线性项与二次项，则由此可得出传感器的相对非线性误差δ为:要提高灵敏度，应减小起始间隙d0，但非线性误差却随着d0的减小而增大。

2022/10/2923GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性如果考虑式的线性项与二次6.2电容式传感器的灵敏度及非线性

在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构；在差动式平板电容器中，当动极板位移Δd时，电容器C1的间隙d1变为d0-Δd，电容器C2的间隙d2变为d0+Δd,则2022/10/2924GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性在实际应若,略去高次项，上式可变为:6.2电容式传感器的灵敏度及非线性电容器总的电容变化量为：电容量的相对变化值为：则这种差动式传感器的灵敏度为：2022/10/2925GongYuanMing@若,略去高次项，6.2电容式传感器的灵敏度及非线性差动的好处灵敏度得到一倍的改善线性度得到改善2022/10/2926GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性差动的好处灵敏度得到一倍6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.1电容式传感器的工作原理电容式传感器6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2927GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.6.3电容式传感器的测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分,当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。可将频率作为输出量用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。如图3.3.3-1所示。图中调频振荡器的振荡频率为1、调频电路2022/10/2928GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路把电容式传感器作为振荡器6.3电容式传感器的测量电路式中：

C——振荡回路的总电容，C=C1+C2+Cx，其中C1为振荡回路固有电容,C2为传感器引线分布电容,Cx=C0±ΔC为传感器的电容。图3.3.3-1调频式测量电路原理框图2022/10/2929GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路式中：C——振荡回路的总电6.3电容式传感器的测量电路当被测信号为0时，ΔC=0，则C=C1+C2+C0，所以振荡器有一个固有频率f0,其表示式为当被测信号不为0时，ΔC≠0，振荡器频率有相应变化，此时频率为2022/10/2930GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路当被测信号为6.3电容式传感器的测量电路由于运算放大器的放大倍数非常大，而且输入阻抗Zi很高,运算放大器的这一特点可以作为电容式传感器的比较理想的测量电路。如图3.3.3-2示。由运算放大器工作原理可得如果传感器是一只平板电容，则Cx=εS/d，代入上式，可得2、运算放大器式电路2022/10/2931GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路由于运算放大器6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-2运算放大器式电路原理图2022/10/2932GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-2运算放大6.3电容式传感器的测量电路3、二极管双T形交流电桥如图3.3.3-3。e是高频电源，它提供了幅值为U的对称方波，VD1、VD2为特性完全相同的两只二极管，固定电阻R1=R2=R，C1、C2为传感器的两个差动电容。2022/10/2933GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路3、二极管双T形交流电桥6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-3二极管双T形交流电桥VD2VD1eC1C2ABR2R1RLUR2RL£«R1£«I1I2(a)(b)(c)C1C2UR1RL£«R2£«C1C21I¢2I¢2022/10/2934GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-3二极管双6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.1电容式传感器的工作原理电容式传感器6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2935GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.电容式传感器的优点：体积小、功耗低、精度高、稳定性好、所需驱动机械力小6.4电容式传感器的应用电容式传感器的缺点：（1）极板间距尽可能小，制造装配困难；（2）测量电路中接线与其它元件的寄生电容易引起测量误差。（3）采用高频测量电路，放大与传输时排除分布电容的干扰困难；（4）结构与调整复杂。电容式传感器的应用（1）直接测量位移和角位移；（2）通过一些中间转换手段，还可用于振动、噪声、压力等物理量的测量。2022/10/2936GongYuanMing@电容式传感器的优点：体积小、功耗低、精度高、稳定性好、所需驱6.4电容式传感器的应用电容式差压传感器差动型凹玻璃圆片弹性膜片(动电极)固定电极P电容式压差传感器P弹性膜片(动电极)固定电极电容式压力传感器单只变间隙型2022/10/2937GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用电容式差压传感器凹玻璃圆片弹性膜6.4电容式传感器的应用当PH=PL时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为C0；当PH>PL时，中心膜片上凸，上部电容为CL，下部电容为CH。CH

相当于当前膜片位置与平直位置间的电容CA和C0的串联；而C0又可看成是膜片上部电容CL与的CA串联。hmaxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA等效电路2022/10/2938GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用当PH=PL时，中心膜片处于平直6.4电容式传感器的应用即：需要解决的问题是：中心膜片处于平直状态时，C0=C(d0)=?；当PH>PL模片上凸hmax时，CA=C(h)=?hmaxd0CACLCHC0PHPL2022/10/2939GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用即：需要解决的问题是：中心膜片处6.4电容式传感器的应用电容式称重传感器图3-26电容式称重传感器绝缘材料定极板动极板极板支架弹性体2022/10/2940GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用电容式称重传感器图3-26电6.4电容式传感器的应用图3-27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，其电容相应增大。由于在电路上各电容是并联的，因而输出反映的结果是平均作用力的变化，测量误差大大减小(误差平均效应）2022/10/2941GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用图3-27电容式称重传感器F6.4电容式传感器的应用两个固定极板间有一个用弹簧片支撑的质量块m，质量块的两端面经抛光后作为动极板，当传感器测量竖直方向的振动时，由于m的惯性作用，使其相对固定电极产生位移，两个差动电容器C1和C2的电容发生相应的变化,其中一个变大，另一个变小。电容式加速度传感器弹簧片定极板2质量块（动极板）定极板1绝缘体aC1C2m2022/10/2942GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用两个固定极板间有一个用弹簧片支撑6.4电容式传感器的应用电容式加速度传感器弹簧片定极板2质量块（动极板）定极板1绝缘体aC1C2m2022/10/2943GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用电容式加速度传感器弹簧片定极板26.4电容式传感器的应用右图为用于测量非导电介质的同轴双层电极电容式液位计。内电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板间。

1、2-内、外电极；

3-绝缘套；4-流通孔。2022/10/2944GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用右图为用于测量非导电介质的同轴双6.4电容式传感器的应用指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为第二代指纹识别系统。它的优点是体积小、成本低，成像精度高，而且耗电量很小，因此非常适合在消费类电子产品中使用。右图为指纹经过处理后的成像图：2022/10/2945GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用指纹识别目前最常用的3.3.4电容式传感器的应用2022/10/2946GongYuanMing@3.3.4电容式传感器的应用2022/10/2246Go6.4电容式传感器的应用

Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传感器组成。

当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。指纹传感芯片：电容感应原理2022/10/2947GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用Veridic6.4电容式传感器的应用指纹识别的汽车：西门子公司研制出了有指纹识别技术的汽车，采用了此项技术的汽车不仅门锁装置不再需要钥匙，同时还具有根据指纹及预储的信息，自动调整汽车驾驶员的座椅高度、前后距离，各个反光镜位置及自动接通车载电话等功能。2022/10/2948GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用指纹识别的汽车：2022/10/6.4电容式传感器的应用用户在操作系统安装之初输入指纹信息，并将其与具体个人登录信息和密码相关联。当系统建立好匹配信息之后，指纹识别数据库开始生效。在使用电脑登录个人账户时，用户只需将手指在指纹识别器上刷一下，就可以轻松、高效通过验证。指纹识别的笔记本电脑2022/10/2949GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用用户在操作系统安装之初输入指纹信6.4电容式传感器的应用2022/10/2950GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用2022/10/2250Gong第六章电容式传感器6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.2电容式传感器的灵敏度及非线性6.1电容式传感器的工作原理主要内容：2022/10/2951GongYuanMing@第六章电容式传感器6.4电容式传感器的应用6.3电容式6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平行极板电容器，当忽略电容器边缘效应时，其电容量为：可见，若改变A、d或参数中的任一参数，电容器的电容量均会随之改变。6.1.1电容式传感器的工作原理--极板间介质的相对介电常数--真空介电常数--相对有效面积--两金属极板间的距离2022/10/2952GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平行极板电容器6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理

当被测参数变化使得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输出变极距型变面积型变介电常数型电容式传感器可分为：2022/10/2953GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理当被测6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式传感元件的各种结构形式结构形式2022/10/2954GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式传感元件6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平面线位移型角位移型圆柱体线位移型差动式圆柱体线位移型2022/10/2955GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理平面线位移型角1、改变极板间距式（d型）电容传感器假定电容器极板面积为A，初始极板间距为d0,介电常数为，则电容器的初始电容值为：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2956GongYuanMing@1、改变极板间距式（d型）电容传感器假定电容器极板面积为A，如果两极板间间距减小，设电容增量为，则有：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2957GongYuanMing@如果两极板间间距减小，设电容增量为，则有：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理如果，则上式按泰勒级数展开为：2022/10/2958GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理如果6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容量与极板间距离的关系

略去高次项，可得到电容增量与极板间距变化量之间的近似线性关系式：2022/10/2959GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容量与极板间6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理此时ΔC与Δd近似呈线性关系，所以变极距型电容式传感器只有在很小时，才有近似的线性关系。2022/10/2960GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理此时ΔC与Δd6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理在d0较小时，对于同样的Δd变化所引起的ΔC可以增大，从而使传感器灵敏度提高。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,如图下图所示，此时电容C变为2022/10/2961GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理在d6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：εg——云母的相对介电常数，εg=7；ε0——空气的介电常数，ε0=1；

d0——空气隙厚度；

dg——云母片的厚度。图5-4放置云母片的电容器egdgd0e02022/10/2962GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：图5-46.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理

云母片的相对介电常数是空气的7倍，其击穿电压不小于1000kV/mm，而空气仅为3kV/mm。因此有了云母片，极板间起始距离可大大减小。一般变极板间距离电容式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。2022/10/2963GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2、改变极板相对有效面积式（S型）电容传感器假定初始状态时电容器的电容量为:

改变极板间相对有效面积后，电容器的电容量为Cx，则有：6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2964GongYuanMing@2、改变极板相对有效面积式（S型）电容传感器假定初始6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理这种传感器输入与输出间具有线性关系，所以适用于大位移测量。这种传感器也可以做成差动式。电容器还可做成扇形、柱面形和圆筒形。2022/10/2965GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理这种传感器输入6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2966GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10图示是一种传感器测定液面高度的工作示意图，假定电容器的初始电容值为C0，介电常数改变后电容器的电容值为：电容器的结构特性常数k与电容器结构、真空介电常数及被测介质有关。当传感器结构与被测介质性质确定后，电容器的电容量仅与被测介质高度有关3、改变极板间介电常数式（型）电容传感器6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理2022/10/2967GongYuanMing@图示是一种传感器测定液面高度的工作示意图，假定电容器的初始电6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式液位变换器结构原理图

变介质型电容式传感器2022/10/2968GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理电容式液位变换6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：C0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值,即

可见：此变换器的电容增量正比于被测液位高度h。C1C2+2022/10/2969GongYuanMing@6.1电容式传感器--电容式传感器的工作原理式中：C0—6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.1电容式传感器的工作原理电容式传感器6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2970GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.前面已得到：电容的相对变化量为当|Δd/d0|<<1时，按级数展开，可得6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2971GongYuanMing@前面已得到：电容的相对变化量为当|Δd/d0|<<1时，6.2电容式传感器的灵敏度及非线性可见，输出电容的相对变化量ΔC/C0与输入位移Δd之间成非线性关系，当|Δd/d0|<<1时可略去高次项，得到近似的线性关系：电容传感器的灵敏度为:2022/10/2972GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性可见，输出电容的相对变化6.2电容式传感器的灵敏度及非线性如果考虑式的线性项与二次项，则由此可得出传感器的相对非线性误差δ为:要提高灵敏度，应减小起始间隙d0，但非线性误差却随着d0的减小而增大。

2022/10/2973GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性如果考虑式的线性项与二次6.2电容式传感器的灵敏度及非线性

在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构；在差动式平板电容器中，当动极板位移Δd时，电容器C1的间隙d1变为d0-Δd，电容器C2的间隙d2变为d0+Δd,则2022/10/2974GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性在实际应若,略去高次项，上式可变为:6.2电容式传感器的灵敏度及非线性电容器总的电容变化量为：电容量的相对变化值为：则这种差动式传感器的灵敏度为：2022/10/2975GongYuanMing@若,略去高次项，6.2电容式传感器的灵敏度及非线性差动的好处灵敏度得到一倍的改善线性度得到改善2022/10/2976GongYuanMing@6.2电容式传感器的灵敏度及非线性差动的好处灵敏度得到一倍6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.1电容式传感器的工作原理电容式传感器6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2977GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.6.3电容式传感器的测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分,当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。可将频率作为输出量用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。如图3.3.3-1所示。图中调频振荡器的振荡频率为1、调频电路2022/10/2978GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路把电容式传感器作为振荡器6.3电容式传感器的测量电路式中：

C——振荡回路的总电容，C=C1+C2+Cx，其中C1为振荡回路固有电容,C2为传感器引线分布电容,Cx=C0±ΔC为传感器的电容。图3.3.3-1调频式测量电路原理框图2022/10/2979GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路式中：C——振荡回路的总电6.3电容式传感器的测量电路当被测信号为0时，ΔC=0，则C=C1+C2+C0，所以振荡器有一个固有频率f0,其表示式为当被测信号不为0时，ΔC≠0，振荡器频率有相应变化，此时频率为2022/10/2980GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路当被测信号为6.3电容式传感器的测量电路由于运算放大器的放大倍数非常大，而且输入阻抗Zi很高,运算放大器的这一特点可以作为电容式传感器的比较理想的测量电路。如图3.3.3-2示。由运算放大器工作原理可得如果传感器是一只平板电容，则Cx=εS/d，代入上式，可得2、运算放大器式电路2022/10/2981GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路由于运算放大器6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-2运算放大器式电路原理图2022/10/2982GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-2运算放大6.3电容式传感器的测量电路3、二极管双T形交流电桥如图3.3.3-3。e是高频电源，它提供了幅值为U的对称方波，VD1、VD2为特性完全相同的两只二极管，固定电阻R1=R2=R，C1、C2为传感器的两个差动电容。2022/10/2983GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路3、二极管双T形交流电桥6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-3二极管双T形交流电桥VD2VD1eC1C2ABR2R1RLUR2RL£«R1£«I1I2(a)(b)(c)C1C2UR1RL£«R2£«C1C21I¢2I¢2022/10/2984GongYuanMing@6.3电容式传感器的测量电路图3.3.3-3二极管双6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.1电容式传感器的工作原理电容式传感器6.2电容式传感器的灵敏度及非线性2022/10/2985GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用6.3电容式传感器的测量电路6.电容式传感器的优点：体积小、功耗低、精度高、稳定性好、所需驱动机械力小6.4电容式传感器的应用电容式传感器的缺点：（1）极板间距尽可能小，制造装配困难；（2）测量电路中接线与其它元件的寄生电容易引起测量误差。（3）采用高频测量电路，放大与传输时排除分布电容的干扰困难；（4）结构与调整复杂。电容式传感器的应用（1）直接测量位移和角位移；（2）通过一些中间转换手段，还可用于振动、噪声、压力等物理量的测量。2022/10/2986GongYuanMing@电容式传感器的优点：体积小、功耗低、精度高、稳定性好、所需驱6.4电容式传感器的应用电容式差压传感器差动型凹玻璃圆片弹性膜片(动电极)固定电极P电容式压差传感器P弹性膜片(动电极)固定电极电容式压力传感器单只变间隙型2022/10/2987GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用电容式差压传感器凹玻璃圆片弹性膜6.4电容式传感器的应用当PH=PL时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为C0；当PH>PL时，中心膜片上凸，上部电容为CL，下部电容为CH。CH

相当于当前膜片位置与平直位置间的电容CA和C0的串联；而C0又可看成是膜片上部电容CL与的CA串联。hmaxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA等效电路2022/10/2988GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用当PH=PL时，中心膜片处于平直6.4电容式传感器的应用即：需要解决的问题是：中心膜片处于平直状态时，C0=C(d0)=?；当PH>PL模片上凸hmax时，CA=C(h)=?hmaxd0CACLCHC0PHPL2022/10/2989GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用即：需要解决的问题是：中心膜片处6.4电容式传感器的应用电容式称重传感器图3-26电容式称重传感器绝缘材料定极板动极板极板支架弹性体2022/10/2990GongYuanMing@6.4电容式传感器的应用电容式称重传感器图3-26电6.4电容式传感器的应用图3-27电容式称重传