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高等院校公共课系列精品教材工业机器人视觉与传感技术第三章电容式传感器内容摘要电容式传感器的工作原理如图3-1所示，设两平行极板的正对面积为A，两极板的垂直距离为d,六极板间介质的介电常数为ε。如果忽略极板的边缘效应，则平行极板电容c的大小如式(3-1)所示。由式（3一1）可知，A、d、ε三个参数决定了电容c的大小。将其中两个参数不变，改变一个参数，则电容值将发生变化。这样被测量就与电容的大小存在着对应关系。根据式（3一1），电容式传感器可分成三种类型：变极距、变面积和变介质。电阻应变式传感器变极距型电容式电容的初始值。当被测量变化，引起电容的极距d减小△d时，C的大小如式(3一2）所示。电容式传感器的类型及特征变面积型电容式传感器图3-3变面积型电容式传感器的示意图电容的初始值

。当动极板平移△x后，电容的正对面积减小，则电容值C如式(3一4）所示。电容式传感器的类型及特征变面积型电容式传感器如3-4所示为角位移型电容式传感器的示意图，当动极板旋转θ时，电容的两极板正对面积发生了变化，其电容值c如式（3一7）所示。电容式传感器的类型及特征变面积型电容式传感器图3-5所示为变齿型电容式传感器的示意图，极板采用齿形，目的是提高灵敏度。当极板的齿数为n，移动△x后，其电容值c如式（3-8）所示，△C的大小如式（3-9）所示。电容式传感器的类型及特征变介质型电容式传感器变介质型电容式传感器的示意图如图3-6所示。这种传感器可以用来测量液位、位移、厚度、粮食量、木材量等。图3-6中，a为平行极板的长度，b为平行极板的宽度，d为平行极板的垂直距离,L为第二种介质的长度，则电容值的初始值为

。当第二种介质进入电容后，电容c的大小如式（3-11）所示。电容式传感器的类型及特征变介质型电容式传感器当电容式传感器用于测量液位时，形成圆筒型电容式传感器，其结构图如图3-7所示。电容式传感器的测量电路变压器电路电容式传感器的测量电路双T型电路电容式传感器的测量电路运放电路电容式传感器的测量电路脉宽调制电路由图3-11可知，当Cx1=Cx2时，两电容的充放电时间常数相等，两个方波宽度相等，输出电压平均值为零。当差动式电容处于工作状态时，Cx1≠Cx2时，两电容的充电时间常数发生变化,T1正比于Cx1，T2正比于Cx2，这时输出电压的平均值不等于零。输出电压值U0的大小如式（3-17）所示。电容式传感器的测量电路脉宽调制电路电容式传感器的测量电路调频电路这种电路是把电容与电感构成一个振荡谐振电路。当电容式传感器发生变化时，导致振荡频率发生相应的变化，再经过鉴频器将频率的变化转变成振幅的变化，经放大器后显示，这种方法称为调频法。电容式传感器的应用13

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