第3章 电容式传感器

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传感器原理与应用——第三章

第三章电容式传感器

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传感器原理与应用——第三章

以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。

电容式传感器变间隙型变面积型变介质型

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传感器原理与应用——第三章

3.1电容式传感器的工作原理及特性3.1.1基本工作原理平行极板电容器的电容量为：

S0r+SCε——极板间介质的介电系数；

(31)

ε0——真空的介电常数，ε0=8.85410-12F/m;εr——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，

εr≈1。

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传感器原理与应用——第三章

3.1.2电容式传感器的类型和特性1.变极距型电容传感器

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传感器原理与应用——第三章

设动极板未移动时极板间距为δ0初始电容量为：极板2上移：

SC00

SSSCC000000电容的相对变化量为：

C0C0010

(33)

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传感器原理与应用——第三章

当/01时，23C3)(41C00000C(35)略去高次项，得：C00所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足Δδδ0的条件。且一般Δδ只能在微小的范围内变化。

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传感器原理与应用——第三章

非线性误差与Δδ/δ0有关。其表达式为：

r

2()00

100%0

(36)

传感器的灵敏度为：

CC0S1K22000

(73)

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传感器原理与应用——第三章

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传感器原理与应用——第三章

差动式变间隙型电容传感器定极板动极板C1δ1

C2δ2

定极板

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传感器原理与应用——第三章

初始位臵时，

动极板上移时：

S120,C00

10,20SC1C0C1C01001

SC2C0C2C0100

1

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传感器原理与应用——第三章

当/01时，

23C1C0100023C2C010003CC1C2C0223)(800

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传感器原理与应用——第三章

电容量的相对变化为：

24()()(39)100C略去高次项：2(103)C00

C

2C00

非线性误差为：100%r100%32000

(311减小)

CC0S222(12提高一倍3)灵敏度：K00

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传感器原理与应用——第三章

2.变面积型电容传感器

(角位移变面积型)

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传感器原理与应用——第三章

0,

θ

定片

S1CC0CC01

0,

动片

(313)(a)角位移式

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传感器原理与应用——第三章

板状线位移变面积型

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传感器原理与应用——第三章

板状线位移变面积型δa

b

x

(b)直线位移式

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当其中一个极板发生x位移后，改变了两极板间的遮盖面积S