檢測(cè)技術(shù)及傳感器電阻電容

檢測(cè)技術(shù)及傳感器電阻電容第一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)元件的基本概念、分類(lèi)方法傳感技術(shù)自然規(guī)律

守恒定律、場(chǎng)的定律、物質(zhì)定律、統(tǒng)計(jì)法則基礎(chǔ)效應(yīng)檢測(cè)儀表的一般信號(hào)變換結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單變換、差動(dòng)變換、參比變換、

平衡變換／反饋?zhàn)儞Q第二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日第①部分

基礎(chǔ)知識(shí)第二章檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件電容型檢測(cè)元件第三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)在傳感器中，有一大類(lèi)是通過(guò)電阻參數(shù)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量的目的。它們統(tǒng)稱為電阻式傳感器。各種電阻材料，受被測(cè)量的作用，將產(chǎn)生電阻參數(shù)的變化。位移、應(yīng)變、壓力、光、熱等電阻式傳感器電位計(jì)式、熱電阻式、應(yīng)變式、壓阻式和光電式等第四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻式檢測(cè)元件電阻是介質(zhì)阻擋電流流動(dòng)能力的大小。電阻的單位是歐姆，用符號(hào)“Ω”表示。電阻是一個(gè)線性元件。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，流經(jīng)一個(gè)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比——即它是符合歐姆定律：第五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻式檢測(cè)元件一段長(zhǎng)為l（m），截面積為A（mm2），電阻率

為（mm2m-1）的導(dǎo)體（如金屬絲），其電阻

為電阻式檢測(cè)元件分類(lèi)變l型——位移變

型——溫度、成份等變(l,A,)型——應(yīng)變第六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件電位器線位移

角位移第七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件電位器當(dāng)A

恒定時(shí)，與l

為線性關(guān)系適合于較大位移的測(cè)量應(yīng)用電力傳輸線的故障檢測(cè)電阻觸摸屏第八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件熱電阻純金屬具有正的溫度系數(shù)，可以作為測(cè)溫元件作為測(cè)溫用的熱電阻應(yīng)具有下列要求

電阻溫度系數(shù)大，以獲得較高的靈敏度；

電阻率高，元件尺寸可以??；

電阻值隨溫度變化盡量是線性關(guān)系；

在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；

材料質(zhì)純、加工方便和價(jià)格便宜等。第九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件熱電阻鉑、銅、鐵和鎳是常用的熱電阻材料第十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件熱電阻金屬熱電阻半導(dǎo)體材料的電阻率也隨溫度變化而變化。用半導(dǎo)體

材料制成的測(cè)溫元件稱為“熱敏電阻”。第十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件熱電阻標(biāo)稱值

Pt100，0℃時(shí)電阻值為100Ω

Cu50，0℃時(shí)電阻值為50Ω

Cu100，0℃時(shí)電阻值為100Ω溫度系數(shù)響應(yīng)時(shí)間

一般鉑熱電阻的時(shí)間常數(shù)為幾秒至幾十秒

第十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)1856年，英國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)金屬絲的電阻隨它所受機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小發(fā)生變化即電阻的應(yīng)變效應(yīng)。2rl2(r-dr)l+dlFF第十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)力（stress）連續(xù)體內(nèi)部截面的一側(cè)施于另一側(cè)上單位面積的作用力。應(yīng)力矢量沿它所作用的微元平面的法向投影稱為法向應(yīng)力或正應(yīng)力。pFFN連續(xù)體ΔSFNΔS上所受的合力PN=FN/ΔS第十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變（strain）連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對(duì)變化。三種最簡(jiǎn)單的應(yīng)變

線應(yīng)變

即物體內(nèi)任一點(diǎn)處單位長(zhǎng)度的長(zhǎng)度增加量。線應(yīng)變又稱為相對(duì)伸長(zhǎng)；

角應(yīng)變

體應(yīng)變第十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變（strain）連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對(duì)變化。三種最簡(jiǎn)單的應(yīng)變

線應(yīng)變

角應(yīng)變

即物體內(nèi)任一點(diǎn)處兩互相垂直方向的角度減小量。角應(yīng)變又稱為切應(yīng)變或剪切應(yīng)變。

體應(yīng)變第十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變（strain）連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對(duì)變化。三種最簡(jiǎn)單的應(yīng)變

線應(yīng)變

角應(yīng)變

體應(yīng)變

即物體內(nèi)任一點(diǎn)處單位體積的體積增加量；第十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng)當(dāng)它受到軸向力F

拉伸或壓縮時(shí)，其A、l、

均發(fā)生變化，導(dǎo)體的電阻也隨之發(fā)生變化

令x=dl/l

導(dǎo)體軸向

應(yīng)變，y=dr/r

導(dǎo)體

徑向應(yīng)變。2rl2(r-dr)l+dlFF第十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng)由《材料力學(xué)》知道，在金屬絲彈性范圍內(nèi)，沿其長(zhǎng)度方向拉伸時(shí)，軸向應(yīng)力x與徑向應(yīng)力y之間存在關(guān)系

y=x

勃底特茲明（Бриджмен）通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，金屬材料的電阻率相對(duì)變化與其體積相對(duì)變化之間有關(guān)系

d/=CdV/V金屬材料電阻率的相對(duì)變化與應(yīng)力的關(guān)系第十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng)金屬材料的電阻相對(duì)變化與其軸向應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。Km

稱為金屬材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)(簡(jiǎn)稱靈敏系數(shù))金屬絲材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)以尺寸變化為主，一般Km=1.8～4.8第二十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲電阻應(yīng)變片敏感柵、基底、引線、蓋片、粘合劑敏感柵通常是由軸向縱柵（檢測(cè)應(yīng)變方向）

和圓弧橫柵兩部分組成。蓋片敏感柵金屬絲基底引線第二十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲電阻應(yīng)變片敏感柵、基底、引線、蓋片、粘合劑第二十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù)

H縱柵l0橫柵r橫柵ry

橫向應(yīng)變yxx軸向應(yīng)變?chǔ)姚襵xyyry第二十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù)

H

應(yīng)變片承受單向應(yīng)力時(shí)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)中，

即軸向（拉伸）和橫向（收縮），其縱柵和橫柵各自

主要感受橫向應(yīng)變和軸向應(yīng)變，從而引起應(yīng)變片總電

阻的變化。第二十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù)H

在單位應(yīng)力、雙向應(yīng)變情況下，橫向應(yīng)變總是起著抵消軸向應(yīng)變的作用。應(yīng)變片即感受軸向應(yīng)變，又同時(shí)受橫向應(yīng)變影響使靈敏系數(shù)及相對(duì)電阻比都減少的現(xiàn)象，稱

為橫向效應(yīng)。=y/x雙向應(yīng)變比，H=Ky/Kx雙向應(yīng)變靈敏系數(shù)比，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)。第二十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲電阻應(yīng)變片溫度效應(yīng)

應(yīng)變片電阻相對(duì)變化與其材料的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)有關(guān)，由溫度變化引起的應(yīng)變片電阻變化的現(xiàn)象。

上式為應(yīng)變片（無(wú)應(yīng)力作用時(shí)）的溫度效應(yīng)；用應(yīng)變形式表示，稱為相對(duì)的熱輸出，即

第二十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件金屬絲電阻應(yīng)變片溫度效應(yīng)

應(yīng)變片電阻相對(duì)變化與其材料的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)有關(guān)，由溫度變化引起的應(yīng)變片電阻變化的現(xiàn)象。

熱輸出

前部分為熱阻效應(yīng)所造成，后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。第二十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)史密斯(C.S.Smith)等學(xué)者很早就發(fā)現(xiàn)，對(duì)半導(dǎo)體施加應(yīng)力時(shí)，半導(dǎo)體的電阻率會(huì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)一個(gè)很重要的特點(diǎn)

是效應(yīng)的各向異性。當(dāng)單晶硅受到一定的應(yīng)力時(shí)，其電

阻率隨應(yīng)力變化具有線性關(guān)系。第二十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性靈敏系數(shù)（靈敏度指標(biāo)）橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù)H機(jī)械滯后蠕變和零漂應(yīng)變極限頻率響應(yīng)（工作頻率）響應(yīng)時(shí)間（時(shí)間常數(shù)）疲勞壽命N第二十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性蠕變和零漂

應(yīng)變片在恒溫恒載條件下，輸入信號(hào)恒定時(shí)，應(yīng)變片指示應(yīng)變值隨時(shí)間單向變化的特性稱為蠕變。

試件空載（無(wú)輸入信號(hào)）時(shí)，應(yīng)變片指示應(yīng)變值仍隨時(shí)間變化的現(xiàn)象稱為零漂。第三十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性應(yīng)變極限

應(yīng)變片的線性特性，只有在一定的應(yīng)變限度范圍內(nèi)才能保持。在恒溫條件下，使非線性誤差達(dá)到10%時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限lim。第三十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性疲勞壽命N

疲勞壽命N是指粘貼在試件上的應(yīng)變片，在恒幅交變應(yīng)力作用下，連續(xù)工作直至疲勞損壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)。

疲勞壽命和應(yīng)變片的取材、工藝和焊接、粘貼質(zhì)量等因素有關(guān)，一般要求N=105～107次。第三十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性第三十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除t

對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法

通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償

-單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片

-雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片橋路補(bǔ)償法第三十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除t

對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法

通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償

-單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片

-雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片

橋路補(bǔ)償法第三十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除t

對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法

通過(guò)精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償

-單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片

-雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片

只能在選定的試件上使用

橋路補(bǔ)償法第三十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除t

對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法

利用電橋的兩邊臂上電壓和、差原理來(lái)達(dá)到補(bǔ)償

-雙絲半橋式

-補(bǔ)償塊法第三十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除t

對(duì)測(cè)量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法

利用電橋的兩邊臂上電壓和、差原

理來(lái)達(dá)到補(bǔ)償

-雙絲半橋式

-補(bǔ)償塊法DdP第三十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的應(yīng)用不僅取決于應(yīng)變計(jì)本身的質(zhì)量,而且取決于應(yīng)變計(jì)的正確使用。壓力檢測(cè)中，視其彈性體的結(jié)構(gòu)形式分為

單一式：應(yīng)變片直接粘貼在受壓彈性膜片或筒上。

組合式：由受壓彈性元件（膜

片、膜盒或波紋管）和應(yīng)變彈

性元件組合而成。第三十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的應(yīng)用組合式第四十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的應(yīng)用應(yīng)用和測(cè)量范圍廣。用應(yīng)變計(jì)可制成測(cè)量各種機(jī)械量傳感器，如：力傳感器（可測(cè)10-2~107

N），壓力傳感器（可測(cè)103~108Pa），加速度傳感器（可測(cè)103m/s2）分辨率和靈敏度高。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)靈敏度達(dá)幾十mV/N；精度達(dá)1~3%，高精度達(dá)0.1~0.01%。結(jié)構(gòu)小、使用方便。第四十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的應(yīng)用第四十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的應(yīng)用第四十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件應(yīng)變片的應(yīng)用標(biāo)稱阻值，應(yīng)變片在常溫（20℃）常壓（1個(gè)大氣壓）時(shí)的阻值。一般情況選用120

阻值；為提高靈敏度，應(yīng)采用較高的供橋電壓和較小的工作電流，則選用較高的標(biāo)稱阻值，如：350、500

或1000

阻值。第四十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日第①部分

基礎(chǔ)知識(shí)第二章檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電阻型檢測(cè)元件電容型檢測(cè)元件第四十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高分辨力、可非接觸測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使它揚(yáng)長(zhǎng)避短，成為一種很有發(fā)展前途的傳感器。第四十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件導(dǎo)體的電容對(duì)孤立帶電導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，它的電勢(shì)U（孤立導(dǎo)體的電勢(shì)）和所帶的電量q的大小成正比；孤立帶電導(dǎo)體所帶的電量q

與其電勢(shì)U

比值稱為導(dǎo)體的電容，即C=q/U。對(duì)于同一個(gè)導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，它的電容是一個(gè)常量；它與導(dǎo)體本身的大小、形狀有關(guān)；它與導(dǎo)體的材質(zhì)、和它所帶電量的多少、是否帶電無(wú)關(guān)。第四十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件導(dǎo)體的電容電容的單位稱為法拉（簡(jiǎn)稱法），符號(hào)為F。孤立導(dǎo)體的電勢(shì)就是該導(dǎo)體與無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)差；孤立導(dǎo)體的電容可理解為該導(dǎo)體與無(wú)窮遠(yuǎn)處的極板所構(gòu)成（就是以導(dǎo)體和地球所組成）的電容器的電容。第四十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件電容器的電容通常電容器由兩個(gè)金屬極板和介于中間的介質(zhì)所組成。電容器的電容C

定義：電容器一個(gè)極板所帶電荷q（指絕對(duì)值）和兩個(gè)極板的電勢(shì)差UA–UB（不是某一極板的電勢(shì)）之比，即C=q/(UA–UB)。電容器的電容是描述電容器本身電容性質(zhì)的一個(gè)物理量。第四十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件平板電容器平板電容器由絕緣介質(zhì)分開(kāi)的

兩個(gè)平行金屬板組成。0

為真空介電常數(shù)

(8.85×10-12F?m-1)+++A第五十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件球形電容器當(dāng)rB>>rA

時(shí)rArB球形電容器第五十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件柱形電容器rBrAL柱形電容器第五十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件平行直導(dǎo)線形電容器drBA平行直導(dǎo)線形電容器第五十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件、r、A

某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)變化時(shí)，都會(huì)引起電容C

的變化。這些量的變化可以間接反映線位移、角位移、壓力、加速度等物理量的變化。電容式傳感器分為變極距型——極板間距離為變化量變面積型——極板的有效面積為變化量變介質(zhì)型——極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為變化量第五十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變極距型單組/差動(dòng)線位移/角位移第五十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變極距型單組線位移

非線性特性，電容C與極距

之間的函數(shù)為反比關(guān)系

0↑→C↓，0↓→C↑0C

C0C0C=f()特性曲線第五十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變極距型單組線位移

0C/C0/0變極距電容傳感器的非線性特性12第五十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變極距型單組線位移

靈敏度與非線性誤差

-0

越小，靈敏度S越高；

-0

的減小會(huì)導(dǎo)致非線性誤差增大；

-0

過(guò)小能引起電容器擊穿或短路。防止電容器擊穿，極板間采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)，起絕緣作用。第五十八頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變極距型單組線位移

0A定極板動(dòng)極板高介電常數(shù)的材料第五十九頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變極距型單組線位移差動(dòng)線位移

-差動(dòng)式比單極式靈敏度提高一倍；

-非線性誤差減小一個(gè)數(shù)量級(jí)；

-由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱，它還可有效地補(bǔ)償溫度變化造成的誤差。第六十頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變面積型單組/差動(dòng)線位移平板型

線位移圓柱型llll第六十一頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變面積型單組/差動(dòng)線位移平板型

線位移圓柱型

角位移平板型

角位移圓柱型第六十二頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變面積型單組線位移

-線性輸出特性，適于測(cè)量較大的直線位移和角位移；

-極距保持不變。為了減少極距的影響，可使用中間極板移動(dòng)式結(jié)構(gòu)。l中間極板移動(dòng)式變面積型電容傳感器l0第六十三頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變介質(zhì)型單組/差動(dòng)平板型

圓柱型llll第六十四頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變介質(zhì)型單組平板型

-電容的相對(duì)變化與介質(zhì)2（被測(cè)介質(zhì)）的移入深度成線性關(guān)系；

-可用來(lái)測(cè)量材料厚度、非導(dǎo)電固體物質(zhì)的濕度、非導(dǎo)電物料的物位。l被測(cè)介質(zhì)極板非導(dǎo)電材料物位變介質(zhì)型電容傳感器第六十五頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件變介質(zhì)型

第六十六頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件邊緣效應(yīng)

在電容極板的邊緣存在電

場(chǎng)，如果極板有一定的厚

度，就會(huì)在極板的側(cè)面上

產(chǎn)生電荷的累積，即產(chǎn)生

電容。

邊緣效應(yīng)給傳感器的測(cè)量

帶來(lái)誤差，使傳感器的靈

敏度降低，輸出特性產(chǎn)生

非線性。邊緣電場(chǎng)r第六十七頁(yè)，共七十五頁(yè)，2022年，8月28日M&T,I??檢測(cè)元件與檢測(cè)技術(shù)電容型檢測(cè)元件邊緣效應(yīng)

消除邊緣效應(yīng)的方法減小邊緣的有效面積采用等位環(huán)結(jié)構(gòu)

等位環(huán)與上極板在同

一平面上并將其包圍，

且與下面電極電絕緣、

等電位。這樣，上下

兩個(gè)極板的電場(chǎng)基本均勻，而發(fā)散的邊緣電場(chǎng)發(fā)生在等位環(huán)外周，故不影響傳感器兩電極間的電場(chǎng)，從而克服邊緣效應(yīng)的影響。下極板上極板邊緣電場(chǎng)均勻電場(chǎng)等位環(huán)帶有等位環(huán)的平板電容傳感器原理結(jié)構(gòu)圖第六十八頁(yè)，共七十