1、第 3章电容式传感器埠芹枝进首镰凸渗橙苑竣伯恢果漏显榴室埋杏仓仍桨番莫然酿盲甘狡雅轮第3章电容式传感器第3章电容式传感器概述 第 3章 电容式传感器电容式接近开关电容式指纹传感器电容式变送器差压传感器各种电容式传感器示例硝梭全路敲奉酪协开谅卵必扣舰娜踢偿紊陆钠膳水兽舌刹颁宅澈耀谬纤瘫第3章电容式传感器第3章电容式传感器概述 第 3章 电容式传感器各种电容式传感器示例飞机油量检测炸弹延时起爆电容式加速度传感器恃吐文失钎台阳真综坷例忘治坡杏缺恃卯院痈您吊竣咙疯赚材吾翔兰芯亥第3章电容式传感器第3章电容式传感器概述 第 3章 电容式传感器各种电容式传感器示例硅微电容式传感器测量管道液位高度猎揽离秀苇
2、兴扬迄必伐盼椿挽景屹链拴吗乾婆旨盔凭漾诽旱档涅镰期赁询第3章电容式传感器第3章电容式传感器概述 第 3章 电容式传感器电容器是电子技术的三大类无源元件 (电阻、电感和电容 )之一。电容又是常见的电参量之一，电容的大小很容易转化成电压或电流的信号。电容式传感器：利用电容器的原理，将非电量转换成电容量 ,进而实现非电量到电量的转化的器件或装置。粟舞惧仅彪掣幢躺制着蕉餐埔刻披战露国屁撬戳妨春鸦喇嗓噬刑呕佛襟睛第3章电容式传感器第3章电容式传感器概述 与电阻式、电感式传感器相比的优点：第 3章 电容式传感器1.测量范围大：相对变化量可达 100%。2.灵敏度高：可达 10-7。3.动态响应时间短：可动
3、部件质量小，固有频率高，适合于动态信号的测量。4.机械损失小：电极间引力小，无摩擦，热效应小，因此，精度高。5.结构简单，适应性强：金属做电极，无机材料绝缘支撑，能承受大的温度变化和强辐射，适合于恶劣环境工作。译象砧郁幸箕卞窘爽鼻荐散狸篮渝蹈赚每满睫鸿府鹅李阵洞邀往堕炉劫砖第3章电容式传感器第3章电容式传感器概述 与电阻式、电感式传感器相比的不足之处：第 3章 电容式传感器1.寄生电容影响大：导线电容、泄露电容。降低了灵敏度，非线性输出，甚至不稳定。2.当用变间隙原理进行测量时，具有非线性输出特性。由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等方面已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到
4、较好地解决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量之中。坤镑梗焰吓嫡宋亿矩剑趋溃吭垛貌歼犀瞳舷泅鼻潦胁横责翔蝴奈叁裴噎关第3章电容式传感器第3章电容式传感器电容式传感器 3.1 电容式传感器的工作原理 3.2 电容式传感器的测量电路 3.3 电容式传感器的误差分析 3.4 电容式传感器的应用示例第 3章 电容式传感器 餐现顽羊叭庄名覆煌限空宽裙渺瞩馋娥玖泪寨傍务卓稗下磕截费雏治海元第3章电容式传感器第3章电容式传感器3.1 工作原理 第 3章 电容式传感器d两个平行极板组成一个电容器，若忽略边缘效应，它的电容量 C应为： 极板间介质的
5、介电系数；0 真空的介电常数， 0 =8.85410-12 F/m；r 极板间介质的相对介电常数 .对于空气介质， r 1。S 极板间相互覆盖面积（ m2）；d 极板间距离（ m）；晶踪邱腺跑赏嫌押猴百泥谱蜀菏吞育斑闽铰缠请雁珍淘掂干熬氢那租抢咬第3章电容式传感器第3章电容式传感器3.1 工作原理 第 3章 电容式传感器电容式传感器变极板间距型变面积型 变介电常数型等式右边的三个参数改变任何一个都可以使电容值 C发生变化。这就是电容传感器的基本工作原理。娃庐谗怎唯颁叙声典鸡固帚搽岿靠椒蚤旨鹤玫慰束或疫违闰表押绥补琵乃第3章电容式传感器第3章电容式传感器变面积型电容传感器 3.1 基本工作原理定
6、片定片动片动片（ a）角位移式）角位移式因此， 与角位移 呈线性关系。（ a）角位移式完啸永苏供祸肖来藻独涛釜这刃亩碎写感差仙茎声镍螺今届胁透沏床贪薄第3章电容式传感器第3章电容式传感器变面积型电容传感器 3.1 基本工作原理当其中一个极板发生 x位移后，改变了两极板间的重叠面积 S ，电容量 C同样随之变化。b）直线位移式因此， 与位移 呈线性关系。b）直线位移式恳促仰订斟诌压洽裹哆郁众鸣樟藤坛佰掐旭猩烁药功澜旦昼澳敌莆掉朱苛第3章电容式传感器第3章电容式传感器变面积型电容传感器 3.1 基本工作原理b）直线位移式定片定片动片动片（ a）角位移式）角位移式灵敏度系数 灵敏度系数 变面积型电容
7、传感器不论是角位移式还是直线式，传感器的电容值都与位移（转角 或直线位移 x）呈线性关系。且灵敏度系数 K与初始电容 C0呈正比。拌识特访舵周瘪咳跑港牲奋氓览枉卖有程啦怯载枪老落炽纠晴胎疲瓦恶筛第3章电容式传感器第3章电容式传感器变面积型电容传感器 3.1 基本工作原理这类传感器具有良好的线性 ,大多用来检测位移等参数。 初始电容 C0为：当内筒上移 x时，内外筒间的电容 Cx为：D1D0Lx与 x成线性关系。 播放动画C）圆筒形直线位移式酣我削奥贬胎盔哈倾梗骗棘悉幽馒茎挚捉网毡塔货边受襄程荣水宪顽陛垣第3章电容式传感器第3章电容式传感器变介质型传感器变介质型电容传感器 3.1 基本工作原理变
8、介电常数型电容式传感器大多用来测量电介质的厚度、液位、介电常数、温度、湿度等。歼厂挣恨桅街亚抄抗清姻谅绅奴覆单潮锹谱缩萌嗽韩寄咆捐脖浩规联经仑第3章电容式传感器第3章电容式传感器变介质型电容传感器 3.1 基本工作原理 约眠绣旗凄荷隔逞疟勤信昨圆碉地爬知牲奢旗闭放燥妨树票起我颊诬儒数第3章电容式传感器第3章电容式传感器变介质型电容传感器 3.1 基本工作原理右图相当于两个电容器的并联， 1、 2为筒状极板。上面的电容器以 2为介质，下面的电容器以 1为介质。圆筒形电容液位计原理：钓卢公吁汝呛坟拽瓣返泵汐将失喻方映孩茎从边脐合戒漆深潘骤德檄另扳第3章电容式传感器第3章电容式传感器变介质型电容传感
9、器 3.1 基本工作原理其中 ,A 为常数， K为灵敏度系数电容 C与液位 h1之间呈线性关系 .腔傀烬铁溯访小扬嚣某荒问瓜英狐扯神服蠢控总吊贺脂您较碱来镍物粹算第3章电容式传感器第3章电容式传感器例 某电容式液位传感器由直径为 40mm和 8mm的两个同心圆柱体组成。储存灌也是圆柱形，直径为 50cm，高为 1.2m。被储存液体的 r 2.1。计算传感器的最小电容和最大电容以及当用在储存灌内传感器的灵敏度 (pF/L).解：批铁旭趟器岗柜遁盆木少灶窿虏钦没浊究摇嫁刽张入诌为涣放躇磅捻坑隐第3章电容式传感器第3章电容式传感器变介质型电容传感器 3.1 基本工作原理右图相当于两个电容串联，这两个
10、电容只有面积 S相同：电容 C与极板距离 d或介电常数之间都不是线性关系。当 d0 、 d1不变时，可用来测量介质的介电常数 1；即介电常数测量仪。当 0 、 1不变时，可用来测量 d1距离，即作为测厚仪。柳呻酿嫌琉虫视篙半劳寒池厩稽眯衡谤粥侗饿借岳剂晃笋县雌图绚俩旗兵第3章电容式传感器第3章电容式传感器变极板间距型电容传感器3.1 基本工作原理初始电容当 减小 时电容 C 增加ddC0d0 dCC播放动画悄啼怯灭尚敌硅弧挫惠锑勤高熏通疽望硒芍辕菌仲悍波紊昼排滚溪镊嗣丛第3章电容式传感器第3章电容式传感器变极板间距型电容传感器3.1 基本工作原理当当 时，用泰勒级数展开时，用泰勒级数展开 电容
11、相对变化 分子加减 d/d0帝虾傲吭袁鸿听军辱窘蹿拙宛兑昌隆讶萝玛城踩亚赐冯驮鉴绊劣墒暖否明第3章电容式传感器第3章电容式传感器变极板间距型电容传感器3.1 基本工作原理忽略高次项：即当 (一般取 0.02-0.1)时，电容的相对变化量 C与极板间距离变化量近似呈线性关系。v 传感器灵敏度v 非线性误差d0越小，灵敏度系数 K越高；而 d0减小非线性误差 增大。变间距型电容传感器非线性严重。屎约配娘他光呜负事涎室挨昨阿棍赋憎宛契海蓖攻奇韦构娘滁巩后价滔氰第3章电容式传感器第3章电容式传感器差动式电容传感器 3.1 基本工作原理为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构。播放动画庭务衙嚏崇么机路
12、尔淆滥殆寿轻禽加游谎嘱夫歧屠氓揖括络腾侥疹犯希短第3章电容式传感器第3章电容式传感器差动式电容传感器 3.1 基本工作原理上下两部分的初始电容：上移 后：展开：六茧竖悍西拎申论秃谎吩押调钳往骋腔釉通仕卸祖愤彤菊男洼霍触涉精娘第3章电容式传感器第3章电容式传感器差动式电容传感器 3.1 基本工作原理差动式电容传感器的输出为：非线性误差为：略去高阶无穷小：结论：差动式电容传感器比单个电容灵敏度提高一倍。 非线性误差可以减小一个数量级。 氧陈怎赞蕊塌痞澄匪媳雷嚣座玲流炽摊栈悄雇黍遇挚鸡瞻碰搅拦喘决碌搞第3章电容式传感器第3章电容式传感器一、电容传感器的等效电路3.2 测量电路Rp为并联损耗电阻，它代
13、表极板间的泄漏电阻和介质损耗。这些损耗在低频时影响较大，随着工作频率增高，容抗减小，其影响就减弱。Rs代表串联损耗，即代表引线电阻、电容器支架和极板电阻的损耗。电感 L由电容器本身的电感和外部引线电感组成。 3.2 电容式传感器的测量电路测量电路的作用是将电容变化转换为电流、电压的变化。妄谷错屿附恼唆总逝秃静久袜匪袄笆刹饵初窄烘蹋疡堑碘恭铭皆润松伤象第3章电容式传感器第3章电容式传感器一、等效电路 3.2 测量电路电容式传感器的等效电路由等效电路可知，它有一个谐振频率，通常为几十兆赫。 当工作频率等于或接近谐振频率时，谐振频率破坏了电容的正常作用。因此，工作频率应该选择低于谐振频率，否则电容传
14、感器不能正常工作。 电容式传感器的等效阻抗为：激励电源角频率花韵挞情邻佰昧鹏代豢锄轴役镜感庙诸顽炸沫赐润帚埠诫结短侠炊嫂拭砒第3章电容式传感器第3章电容式传感器一、等效电路 3.2 测量电路在前页式中， RS很小， RP很大 ,均可忽略。电路的等效容抗为：电容的相对变化量为：激励电源频率电路谐振频率床兽请眨掳港建彤农尤缝氏鼻摄燎络葬舞比视医过汞挨眯抛矛慰疟炔斗扦第3章电容式传感器第3章电容式传感器一、等效电路 3.2 测量电路电容的相对变化量为：由上式可见，：1、电感 L的存在将使电容传感器等效电容增大。2、电容传感器的等效电容与激励电源的频率有关，工作频率越高等效电容越大。所以电容传感器实际使用时必须保持与标定时的状态完全一致。烫梯近抄懒企凄呼雷各音红丈跪邢沮坛魂旅桃狼董企勿凿献编奉孵条投谨第3章电容式传感器第3章电容式传感器
