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机械工程测试与控制技术第八章

常用传感器8.1传感器概念8.2电阻式传感器8.3电感式传感器8.4电容式传感器8.5压电式传感器8.6磁电式传感器8.7霍尔式传感器8.8热电偶传感器8.9光电式传感器8.4电容式传感器定义：将被测量变化转换为电容变化的传感器电容传感器特点结构简单，分辨率高，工作可靠可非接触测量，可在恶劣环境下工作测量的物理量位移压力液位介质敏感元件、转换元件电容CA工作原理在忽略边缘效应的情况下，平行极板电容器的电容量基本类型变极距δ：位移变面积A：位移、压力（差动）变介质ε：介电常数δAεUQr8.4电容式传感器变极距式两极板在被测对象作用下发生位移δ变化时变极距型电容传感器的灵敏度是非线性的极距愈小，灵敏度愈高,受击穿电压的限制，一般极距取0.1～1mm左右；减小非线性误差，选择初始距离δ;微小位移量的测量；非接触测量。r8.4电容式传感器变极距式差动方式两个变极距电容传感器，被测位移使动片变化，引起极距差动变化，两个输出电容也差动变化，提高测量灵敏度。差动电容传感器通常均接成电桥进行放大:电桥的相邻两个桥臂

动片定片定片δδ8.4电容式传感器变面积式：相对面积变化输出特性：线性测量1cm～10cm中等大小的位移灵敏度减小极距δ可提高灵敏度差动方式：提高灵敏度8.4电容式传感器变介质式输出特性：线性灵敏度增加面积A、减小极距δ可提高灵敏度应用液位高低介电常数内圆筒外圆筒介质8.4电容式传感器传感器优点输入能量小而灵敏度高精度高达0.01%动态特性好，适合测量动态参数能量损耗小结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）传感器缺点电缆分布电容影响大8.4电容式传感器电容式转速传感器flash动画演示8.4电容式传感器应用电容式传感器的等效电路并联电阻RP代表极板间泄漏电阻和介质损耗，低频时影响较大串联电阻RS表征引线电阻、极板电阻，通常很小，它随频率增高而增大，只有在极高工作频率时才考虑电感L包括电容器本身电感和外部接线电感谐振频率：几十兆赫工作频率应低于谐振频率（一般选为谐振频率的1/2～1/3）8.4电容式传感器应用电容测量的几点考虑抗干扰：电容量很小（几个pF~几十个pF），易受外界电场的干扰，这样，就要求采用输入阻抗高，噪声低的前置放大器，引出线应尽量短，采用屏蔽线，而且屏蔽线与壳体及可动电极应有可靠的接地，以尽量减小外电场的干扰应正确选择极板间的绝缘材料，通常要求绝缘电阻在100MΩ以上，以减小漏电阻对测量精度的影响环境温度：采用补偿电桥以抵消介电常数随温度的变化,尽量选择膨胀系数低的材料制造电容式传感器，以减小尺寸随温度的变化8.4电容式传感器应用电容式压差传感器结构：变间隙差动方式电容传感器固定极板:两个凹面镀金的玻璃圆盘可动电极:一个金属(不锈钢)膜片当p1≠p2时，膜片弯向一侧，那么两个差动电容一个增大、一个减小，且变化量大小相同当压差反向时，差动电容变化量也反向特点：结构简单，灵敏度高，响应速度快(约100ms)，能测微小压差(0～0.75Pa)

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