《传感器》-任务四电容式压力传感器

1原理：将被测物理量转化为电容的变化再通过测量转换电路转换为电量信号。电容式传感器的特点是：测量范围大。

灵敏度高。动态响应时间短。机械损失少。静电引力小（极板间），工作所需作用力很小。结构简单，适应性强。可进行非接触测量。不足：寄生电容应用：传统电容式传感器主要用于位移、振动、角度、加速度等机械量精密测量。现逐渐应用于压力、压差、液面、成份含量等方面的测量。

2一、电容式传感器的工作原理及结构形式

上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？

电容传感器的基本理想公式为

改变A、d、

三个参量中的任意一个量，均可使平板电容的电容量C改变。固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器。

31、变面积式电容传感器

图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。图b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移

度时，两极板的遮盖面积A就减小，因而电容量也随之减小。4变面积式电容传感器的特性

变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。请画出变面积式电容传感器的输出特性曲线！52、变极距式电容传感器

当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。

实际使用时，总是使初始极距d0尽量小些，以提高灵敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点。6变极距式电容传感器的特性曲线

从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d0小些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距d0较小时，它的测量范围变大还是变小？a）

结构示意图b）电容量与极板距离的关系1—定极板

2—动极板

73、变介电常数式

因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。几种介质的相对介电常数8变介电常数式电容传感器的用途

根据上表，分析不同介质对变介电常数电容器的影响。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么非电量？9二、电容式传感器的测量转换电路

（调频电路）

调频电路将电容式传感器作为LC振荡器谐振回路的一部分，当电容传感器工作时，电容Cx发生变化，就使振荡器的频率f

产生相应的变化。

电容式传感器的调频电路与电涡流传感器有何区别？式中哪些量是变量？10调频（FM）电路

11三、应用1、电容式差压传感器1，4一隔离膜片；2，3一不锈钢基座；5—玻璃层，6一金属膜；7一测量膜片12电容式差压传感器的核心部分如上图所示。将左右对称的不锈钢基座2和3的外侧加工成环状波纹沟槽，并焊上波纹隔离膜片l和4。基座内侧有玻璃层5，基座和破璃层中央都有孔。玻璃层内表面磨成凹球面，球面除边缘部分外镀以金属膜6，此金属膜层为电容的定极板并有导线通往外部。左右对称的上述结构中央夹入并焊接弹性平膜片，即测量膜片7，为电容的中央动极板。测量膜片左右空间被分隔成两个室，故有两室结构之称。13在测量膜片左右两室中充满硅油，当左右隔离膜片分别承受高压PH和低压PL时，硅油的不可压缩性和流动性便能将差压ΔP＝PH-PL传递到测量膜片的左右面上。因为测量膜片在焊接前加有预张力，所以当ΔP＝0时处于中间乎衡位置并十分乎整，此时定极板左右两电容的电容值完全相等，即CH＝CL，电容量的差值等于0。当有差压作用时．测量膜片发生变形，也就是动极板向低压侧定极板靠近，同时远离高压侧定极板，使得电容CL＞CH。这就是差动电容传感器对压力或差压的测量工作过程。此种电容差压传感器的特点是灵敏度高、线性好，并减少了由于介电常数ε受温度影响引起的不稳定性。14变面积式电容压力传感器这种传感器的结构原理图如上图（a)所示。被测压力作用在金属膜片上，通过中心柱2、支撑簧片3使可动电极4随膜片中心位移而动作。可动电极4与固定电极5都是由金属材质切削成的同心环形槽构成的，有套简状突起，断面呈梳齿形，两电极交错重叠部分的面积决定电容量。15固定电极5的中心柱6与外壳间有绝缘支架7，可动电极4则与外壳连通。压力引起的极间电容变化由中心柱6引至电子线路，变为直流信号4mA～20mA输出。电子线路与上述可变电容安装在同一外壳中，整体小巧紧凑。此种传感器可利用软导线悬挂在被测介质中，如图(b)，也可用螺纹或法兰安装在容器壁上，如图(c)16金属膜片为不锈钢材质或加镀金层，使其具有一定的防腐蚀能力，外壳为塑料或不锈钢。为保护膜片在过大压力下不致损坏，在其背面有带波纹表面的挡块8，压力过高时膜片与挡块贴紧可避免变形过大。这种传感器的测量范围是固定的，不能随意迁移，而且因其膜片背面为无防腐能力的封闭空间，不可与被测介质接触．故只限于测量压力，不能测差压。膜片中心位移不超过0.3mm，其背面无硅油，可视为恒定的大气压力。采用两线制连接方式，由直流12v～36v供电，精度为0.25级～0.5