電容式傳感器本章主要內容電容式傳感器廣泛應用于位移

1、第二章電容式傳感器本章主要內容：電容式傳感器廣泛應用于位移、振動、角度、加速度等機械量的精密測量，且逐步應用于壓力、壓差、液面等方面的測量。 本章著重介紹電容式傳感器的結構原理及結構形式，討 論電容式傳感器的測量電路、影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施。要求初步掌握電容式傳感器的原理及應用第一講電容式傳感器的工作原理和結構教學目的要求：掌握變間隙式、變面積式及變介電常數式三種電容傳感器的工作原理，結構類型及工作原理根本應用；教學重點：1.電容傳感器的工作原理2. 影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施3. 電容傳感器的輸出特性教學難點：電容傳感器的輸出特性教學學時：2學時教學內容：

2、一、電容傳感器的工作原理及輸出特性工作原理：由平板電容公式：c二"S二r "°S可知:d d當d，S和；r中的某一項或某幾項有變化時，就改變了電容C。在交流工作時，改變 c就相當于改變了容抗 Xc，從而使輸出電壓或電流發(fā)生變化。d和S的變化可以反映線位移或角位移的變化，也可以間接反映彈力、壓力等的變化；r的變化，那么可以反映液面的高度、材料的溫度等的變化。、電容式傳感器的結構形式結構類型：改變極板距離d的變間隙式，改變極板面積 S的變面積式，改變介電常數 ；r的變介電常數式。三、電容式傳感器的特性1變間隙式電容傳感器Co當被測量的變化引起間距減小了d時,如厶d &

3、lt;<d時，1 _竺2丸1圉工3變間隙式電容借感黑d1固定極板2活動極板那么Co：C 二 C01 空d或C _ d Co 一 d說明：1.電容C的相對變化 C/Co與輸入位移 d之間的關系是非線性的，只有當厶d <<d時, 才可認為是近似線性關系。2.電容式傳感器的靈敏度為增大S和減小d均可提高傳感器的靈敏度。3-4克線位移型電容式隹感器2. 變面積式電容傳感器圖3-4所示為一直線位移型電容式傳感器的原理圖bx-C = C -Cox = -Co da說明：1 電容C的相對變化 C/Co與直線位移 X呈線性關系2測量的靈敏度為 ACCo比K 二.xad減小兩極板間的距離 d，

4、或增大極板的邊長 b可提高傳感器的靈敏度，但 d的減小受到太大，極板的另一邊長 a不宜過小，否那么會因邊緣電場影響的增加而影響線性特性。3) 齒形極板的電容式線性位移傳感器可有效提高靈敏度靈敏度為CsbKn 其中n為齒數Axd4) 變面積傳感器可測量角位移的變化圖3-5所示為一角位移型電容式傳感器的原理圖小e貝y： -C = C Cq = -C0可見，電容C的相對變化 C/Co與角位移二也呈線性關系。3. 變介電常數式電容傳感器0 *1囁1£1如圖：C =CA - CB當電容式傳感器中的電介質改變時，其介電常數變化，從而引起了電容量發(fā)生變化而CA與CB與介質的種類和介質厚度和深度都有

5、 關系。即：-C = C -Co = Co-圖3-6介血面積變化的電容倍感器a蟲十冬d2 ；24. 差動電容傳感器在實際應用中，為了提高傳感器的靈敏度，常常做成差動形式。5. 電容傳感器的性能改善(1)靜電擊穿問題應對方法：為防止擊穿，通常在兩極板間再附加 一層云母或塑料薄片(2 )邊緣效應應對方法：增設防護電極，如圖3-8+均勻場面積I 廠/ -("J J 1 v v )I一''''札I保護環(huán)3-3帶有保護環(huán)的平梗電容器3寄生電容。產生原因；電容式傳感器除了極板間的電容外，極板還可能與周圍物體包括儀器中的各種元件 甚至人體之間產生電容聯(lián)系，這種電容稱

6、為寄生電容。應對方法：對傳感器進行靜電屏蔽， 即將電容器極板放置在金屬殼體內， 并將殼體良好接地。 出于 同樣原因，其電極引出線也必須用屏蔽線，且屏蔽線外套須同樣良好接地驅動電纜技術 驅動電纜技術：這一技術的根本思路是將電極引出線進行內外雙層屏蔽， 使內層屏蔽與引出線的電位相 同，從而消除了引出線對內層屏蔽的容性漏電，而外層屏蔽仍接地而起屏蔽作用。4溫度誤差 應對方法：選擇適宜的電極材料或在測量電路中加以補償本講小結本講主要講述電容傳感器原理、 類型及輸出特性， 可以看出： 變間隙式電容傳感器一般 適合測量微小位移和微小振動， 而變面積式那么可測量位移范圍要大一些， 而且線形度也好一 些。作業(yè)1電容式傳感器在實際中主要存在哪些問題？分別采取什