电容式传感器ppt课件模板

1、第4章静电容量式传感器、4.1静电容量式传感器的工作原理和分类4.2测量电路4.3静电容量式传感器的应用1F=106F=109 nF=1012 pF，静电容量式传感器是将测量到的变化转换成静电容量变化的传感器，结构简单、分辨率高、抗过载、动态特性好的高温电容式传感器可以用于测量压力、位移、振动、液位和厚度。 4.1电容式传感器的工作原理，C=.S/d=0. r.S/d =0. r C为电容0=8.8510-12F/m r，相对介电常数用s为极板的相对包复面积m2 d，极板间距电容式传感器为变面积式、可变间隙式、可变介电常数式3种4.1静电电容式传感器的工作原理，4.1.1变面积式静电电容式传感

2、器的两个极板中，一个是固定的，叫固定极板，另一个是可动的，叫可动极板。 1 .直线位移式电容器的相对变化量和灵敏度为了提高测量精度，为了减少可动极板和固定极板间的相对极距可能变化的测量误差，也经常采用图4.3所示的结构形式。、图4.2变面积型静电电容传感器的原理图，图4.3中间极板移动变面积型静电电容传感器的原理图，4.1静电电容传感器的工作原理，2 .角位移式所测定的变化量在可动极板上存在角位移q的情况下，两极板间的相互被复面积发生变化，两极板间的静电电容c发生变化。图4.4角位移式静电电容传感器的原理图，图4.5差动角位移式静电电容传感器的原理图，在实际应用中也采用差动结构来提高灵敏度。

3、角位移测量用的差动式结构如图4.5所示。 4.1.2可变间隙传感器的基本结构电容的相对变化量和灵敏度分别为差动式电容的相对变化量和灵敏度，与基本结构间隙传感器相比，差动式传感器的非线性误差减少了一位数，测量灵敏度提高，因此被广泛采用。图4.6基本可变间隙型电容传感器，图4.7差动结构的可变间隙型电容传感器，、4.1.3可变介电常数型电容传感器1 .平面型电容变化量DC和位移Dx处于线性关系。 如果知道了被测定介质的介电常数ex，则可以通过测定输出电容器c的值，求出被测定材料的厚度x。 如果已知厚度x，则即使测量输出电容器c的值，也可以获得目标材料的介电常数ex。 因此，该传感器可以作为介电常数

4、ex的测定器使用。 图4.8平面式位移计，图4.9厚度计，2 .圆柱式介质电容器多采用了圆柱式。 其基本结构如图4.10所示，内外筒为两个同心圆筒，分别作为电容器的两个极。 图4.11表示静电电容式液面计的原理图。 在介电常数ex的被检液体中，放入该圆柱型电容器，液体上的气体的介电常数为e，液体浸渍电极的高度为被测x。 液面计的输出电容器c与液面高度x呈线性关系。 图4.10圆柱式电容器的构成图，图4.11电容式液面计，4.2测量电路，4.2.1振幅调制型电路1 .交流桥电路(1)单臂桥电路(2)差动连接变压器交流桥电路，图4.12单臂连接交流桥电路，图4.13变压器交流桥电路2 .运算放大器

5、式测量电路的理想运算放大器输出电压与输入电压的关系是，采用基本运算放大器的最大特征是，电路输出电压与电容器的极间距离成比例，使基本可变间隙式电容器的输出特性具有线性特性。 图4.14运算放大器式测量电路，图4.15调零电路，4.2.2差动脉冲宽度调制电路的工作原理：利用传感器电容的充放电，使电路输出脉冲的占空比根据电容传感器的电容变化而变化，进而通过低频滤波器得到与测量变化相应的直流信号。图4.16的差动脉冲宽度调制电路，(a)C1=C2 (b)C1 C2图4.17的电路的各点的充放电波形，在电阻R1=R2=R时，可知差动脉冲宽度调制型电路的输出电压与电容线性关系变化。 4.2.3频率调制电路

6、1 .载波频率变化的频率调制方式该测定电路将静电电容式传感器和一个电感元件组合起来，构成一个振荡器谐振电路。 传感器工作时，电容发生变化，振荡频率发生变化。 通过称为频率调制法的频率调制电路将频率的变化转换为振幅的变化，用放大器放大后就可以显示。 调频振荡器的振荡频率，图4.18调频-调频电路的原理图，4.3实际存在的问题及其解决方法，1 .温度的影响尽可能小温度系数稳定的金属材料应该选择电容器极板，例如铁镍合金，另外，采用差动对称结构，用测量电路进行补偿极板支撑台必须选择绝缘性能好的材料，例如陶瓷、石英等高绝缘电阻、低吸湿性材料。 图4.19在极板周边设置同心圆环模式图，2 .在电场的边缘效

7、应增加极板面积、减少极间距离能减少边缘效应的影响的检测精度要求高的情况下，考虑追加等位环，如图4.19所示，在极板周边的同一平面上追加同心环3 .寄生电容的影响(1)缩短导线长度。 (2)屏蔽。 4.4电容传感器的应用，1 .电容位移传感器采用了差动式结构。 如果测量棒随着被测量位移运动使可动电极位移的话，可动电极和两个固定电极之间的被复面积发生变化，其电容也相应地变化。 图4.20变面积式位移传感器的结构图，3 .静电电容计的静电电容计的重要部件之一是静电电容计厚度传感器。 在板材轧制过程中监视金属板材的厚度变化。图4.21差动电容式压力传感器的原理，图4.22静电电容计的工作原理，小结变静电电容式传感器是将测量到的变化转换为静电电容的变化的传感器。 具有结构简单、分辨率高、抗过载、动态特性好等优点，能在高温、辐射和强振动等严酷条件下工作。 因为只要固定平行平板电容器的三个参数d、s、e中的两个，另一个参数就改变电容，所以静电电容式传感器可以分为可变面积式、可变间隙式、可变介电常数式三种类型。 由于电容传感器的输出电容值一般非常小，几乎都在几皮法到几十皮法之间，所以必须通过一些测量电路，将微小的电容值与电压、电