项目三 电容式传感器

1、电容式传感器，电容式传感器利用电容原理将测量的非电量转换成电容的变化，实现非电量到电量的转换。根据电容的不同参数，电容传感器可分为可变间隙型、可变面积型和可变介电常数型。用途：不仅广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，也可用于压力、差压、液位、料位、成分含量的测量。3.1、电容式传感器的工作原理和结构形式，电容式传感器是由两块平行的金属板通过绝缘介质分隔而成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容为：当被测参数发生变化时，S和D会发生变化，电容C也会发生变化。电容式传感器可分为三种类型：可变间隙(极距)、可变面积和可变介电常数(介电常数)。其中：r相对介电常数；0在真空中的介电常

2、数，0=8.8510-12f/m；两个极板之间的相互覆盖面积，m2；两个极板之间的距离，m，电容传感器，电容传感元件的各种结构形式，电容传感器，可变间隙(极距)电容传感器，可变极距电容传感器，d0，电容传感器，当传感器的r和s恒定且初始极距为d0时，我们可以知道其初始电容C0为，如果电容极板之间的距离从初始值d0减小d并且电容增加c，则存在电容传感器。如果将d/d01展开成级数，电容和极板之间的距离之间的关系为：此时，c和d近似为线性，因此只有当d/d0非常小时，可变极距电容传感器才近似为线性关系。此外，电容传感器的灵敏度是可见的。为了提高灵敏度，应降低d0。但是，由于d0太小，很容易导致电容

3、击穿或短路。为此，通常使用增加介电常数的方法，即在两块板之间添加云母、塑料薄膜和其他介质。电容式传感器、带云母片的电容器。电容传感器的初始电容一般在20 pf至30 pf之间，极板间距在25m至25m200m之间。最大位移应小于距离的1/10，因此被广泛应用于微位移测量。电容传感器、固定板和移动板，其中：g云母的相对介电常数，g=7；0空气的介电常数，0=1；D0气隙厚度；dg云母片厚度。可以看出，云母的相对介电常数(g=7)是空气的7倍(0=1)，云母的击穿电压为1000千伏/毫米，而空气的击穿电压仅为3千伏/毫米。因此，带有云母片的极板之间的初始间距可以大大减小。电容传感器的灵敏度Sn大大

4、提高。电容式传感器，电容式传感器的相对非线性误差：上述方程的条件是：当d/d01时，省略了高阶项，如果保留了二次项，则存在：相对非线性误差可以获得为：因此，为了提高灵敏度，必须减小初始间隙d0，但是此时相对非线性误差增加。因此，为了同时具有两者，通常采用差分结构，即使一个电容器的电容C1随着位移D增加，而另一个电容器的电容C2减小。电容式传感器的灵敏度为：电容式传感器。为了提高灵敏度和线性度，克服电源电压和环境温度变化等外部条件的影响，通常使用差分电容传感器。上下极板为固定极板，中间极板为活动极板。测量未开始时，移动极板调整在中间位置，两边电容相等。测量时，中间板向上或向下移动，这将导致电容增

5、加或减少，反之亦然。差动结构、差动板电容式传感器结构、电容式传感器、电容式传感器，当移动板向上移动时：电容器C1的间隙1变为0；电容器C2的间隙2变为0；那么：电容式传感器，电容值的总变化为：电容值的相对变化为：当/0 1时，按级数展开：电容式传感器，只要保留上述公式中的线性项和立方项、电容式传感器，(c)采用压敏弹性元件膜片作为电容器的动片。压力的变化导致弹性膜片上下变形，从而导致电容的变化。该方法在微压和声压测量中有许多应用。(d)是电容式加速度传感器。加速度敏感质量由两个弹簧板固定，上平面为电容器的动极板。当质量感觉到加速度并有位移时，电容就会改变。电容传感器，2。变面积电容式传感器、电

6、容式传感器、线性位移式传感器、线性位移式电容式传感器、电容式传感器的原理图，当移动板沿固定板移动X时，电容变化如下：C0=0r b a /d为初始电容，电容的相对变化为：显然，C与移动板的位移X之间存在线性关系。如上图所示，电容式传感器是用于测量线位移(A、B、C)和角位移(D)的电容传感元件。它们都将位移转化为电容器相互覆盖面积的变化。为了提高灵敏度，可以使用多芯片(A)、差分(B)和多芯片。在上面的公式中，电容的变化与两个板覆盖的面积成线性关系，因此与具有可变极距的方案相比，该方案在这方面具有优点。(c)、(d)电容式传感器，(2)角位移式电容式角位移传感器示意图，当移动板产生角位移时，移

7、动板和固定板之间的有效覆盖面积发生变化，两板之间的电容也发生变化。当=0时，介质的相对介电常数为： r；0两个极板之间的距离；S0双极板之间的初始覆盖区域。当0时，它是：可以看出，电容C=-C0(/)的变化与角位移成线性关系。电容式传感器，(3)圆柱位移式、圆柱位移式电容式传感器原理和结构示意图，当h=0时，可见电容C的变化与高度H的变化呈线性关系，电容式传感器和常用的变介电电容式传感器的结构类型如下图所示。用途：测量纸张、绝缘膜等的厚度。测量非导电固体介质如谷物、纺织品、木材或煤等的湿度。3.变介质电容式传感器，(1)变介质电容式传感器，两个平行电极固定，极距d0。当相对介电常数为r2的介质

8、插入不同深度的电容器时，改变两种介质极板覆盖面积的传感器总电容为：其中3360L0。l进入板之间的第二种介质的长度。如果电介质r1=1，当L=0时，传感器的初始电容为： C0=0r L0b0/d0。当电介质r2进入电极间L时，电容的相对变化为33，360。可以看出，电容C的变化与电介质r2的位移L成线性关系。电容式传感器、(2)液位传感器，下图是电容式传感器用于改变极板间介质的应用，用于测量液位，其结构示意图如下：其中：C0是由传感器基本尺寸确定的初始电容值；空气介电常数。在电容式传感器中，被测介质的介电常数为1，液位高度为h，转换器的总高度为h，内筒的外径为d，外筒的内径为d，则转换器的电容

9、值为：其中：空气介电常数；C0由初始电容值为：的转换器的基本尺寸决定。可以看出，转换器的电容增量c与被测液位的高度h成正比。电容式液位传感器不仅能测量腐蚀性液体，还能测量灰尘和固体颗粒，可用于制药、化工和食品工业。如啤酒罐安装液位的测量和控制、乳品生产线液位的测量和控制、制药厂反应罐和油罐的液位测量等。选择带同轴接地管的全绝缘探头。电容传感器，电容传感器，介电材料的相对介电常数，电容传感器，电容传感器，电容传感器，水膜电容式传感器，3.2电容式传感器的应用，差动电容式压力传感器，电容式传感器，电容式加速度传感器，差动电容式加速度传感器结构图，电容式加速度传感器，电容式传感器，电容式加速度传感器

10、，当传感器外壳随着被测物体沿垂直方向作线性加速度运动时，质量在惯性空间中相对静止，两个固定电极将在垂直方向产生位移，该位移与相对于质量的被测加速度成比例。这种位移改变了两个电容之间的间隙，一个增大，另一个减小，因此C1和C2产生的增量大小相等，符号相反，与测得的加速度成正比。电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快、测量范围宽，并且大多采用空气或其他气体作为阻尼材料。加速度传感器在汽车中的应用。加速度传感器安装在汽车上，可用作碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器判断发生了碰撞，因此它启动汽车前部的折叠气囊迅速膨胀，支撑驾驶员和前排乘客的胸部和头部。假人配有传感器、气囊、电容式传

11、感器和汽车气囊保护装置。当汽车相撞时，控制系统可以迅速给气囊充气。电容式传感器、电容式传感器、汽车安全气囊保护驾驶员，加速度传感器用于实现地面穿透炸弹的延迟引爆，传感器安装位置、电容式传感器和电容式厚度传感器用于检测轧制过程中金属带的厚度。其工作原理是在待测条的上下两侧放置一个面积相等、距离相等的极板，使极板和条形成两个电容C1和C2。两个极板通过导线连接成一个极，而条是电容器的另一个极，它的总电容是C1C2。如果条的厚度改变，就会引起电容的改变。电容的变化由交流电桥测量，放大后由电流表显示测量结果。电容式传感器、电容式厚度传感器、差动电容式厚度计系统组成框图、电容式传感器、电容式液位计、杆电极(金属管)用聚四氟乙烯套管包裹，当被测液体的液位上升时，杆电极和导电液体之间的电容增加。聚四氟乙烯护套、电容式传感器、电容式液位极限传感器，液位极限传感器和液位变送器的区别在于它不给出模拟量而是给出开关量。当液位达到设定值时，输出低液位。然而，也可以选择具有高输出水平的模型。电容式传感器、液位限位传感器和智能液位传感器的设置方法非常简单：用手指按下设置按钮，当液位达到设定值时，松开按钮，智能仪表就会记住