電容式傳感器簡(jiǎn)介

電容式傳感器的簡(jiǎn)介及應(yīng)用引言：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。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，分辨率高，可非接觸式測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈震動(dòng)等惡劣條件下工作。廣泛應(yīng)用于壓力、差壓、液位、振動(dòng)、位移、加速度、成分含量等多方面測(cè)量。隨著電容式測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展，電容式傳感器在非電量測(cè)量和自動(dòng)檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。一? 電容式傳感器(capacitivetypetransducer)簡(jiǎn)介：把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。若忽略邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容為￡A/6，式中￡為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩電極互相覆蓋的有效面積，6為兩電極之間的距離。6、A、￡三個(gè)參數(shù)中任一個(gè)的變化都將引起電容量變化，并可用于測(cè)量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來(lái)測(cè)量微小的線位移或由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化。面積變化型一般用于測(cè)量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測(cè)量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測(cè)定。二?電容式傳感器的分類：電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型。變極距型電容式傳感器：一個(gè)電極板固定不變，稱為固定極板，另一極板間距離d響應(yīng)變化，從而引起電容量的變化。因此，只要測(cè)出電容量的變化量/C,便可測(cè)得極板間距變化量，即動(dòng)極板的位移量/d。變極距電容傳感器的初始電容Co可由下式表達(dá)，即藥二頑式中：￡——真空介電常數(shù)（8.85X10-12F/m）A——極板面積（m2）do——極板間距初始距離（m）傳感器的這種變化關(guān)系呈非線性為改善這種情況，可采用差動(dòng)變極距式電容傳感器，這種傳感器的結(jié)構(gòu)，。它有三個(gè)極板，其中兩個(gè)固定不動(dòng)，只有中間極板可產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)中間活動(dòng)極板處于平衡位置時(shí)，即d1=d2=do，則C1=C2=Co，如果活動(dòng)極板向右移動(dòng)/d,則d1=do-/d,d2=do+/d,采用上述相同的近似線性處理方法，可得傳感器電容總的相對(duì)變化。2.變面積型電容式傳感器：由兩個(gè)電極構(gòu)成，其中一個(gè)為固定極板，另一個(gè)為可動(dòng)極板，兩極板均成半圓形。假定極板間的介質(zhì)不變（即電介質(zhì)常數(shù)不變），當(dāng)兩極板完全重疊時(shí)，其電容量為Co=/A/d2.當(dāng)動(dòng)極板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)a角時(shí)，兩極板的對(duì)應(yīng)面積要減小/A，則傳感器的電容量就要減小/C。如果我們把這種電容量的變化通過(guò)諧振電路或其它回路方法檢測(cè)出來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了角位移轉(zhuǎn)換為電量的電測(cè)變換。電容式位移傳感器的位移測(cè)量范圍在1um—10mm之間，變極距式電容傳感器的測(cè)量精度約為2%。變面積式電

容傳感器的測(cè)量精度較高，其分辨率可達(dá)0.3um。3.變介電常數(shù)型電容式傳感器：被測(cè)液體的液面在電容式傳感器元件的兩同心圓柱型電極間變化時(shí)，引起極間不同介電常數(shù)的高度發(fā)生變化，導(dǎo)致電容的改變。圓柱型電極間變化時(shí)，引起極間不同介電常數(shù)的高度發(fā)生變化，導(dǎo)致電容的改變。若厚度d保持不變，介電常數(shù)￡r改變（如濕度變化），可做成濕度傳感器；若￡r不變，可做成測(cè)厚傳感器。三.電容式傳感器的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、溫度穩(wěn)定性好：自身發(fā)熱極小，電容值與電極材料無(wú)關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低材料。如電極的支架選用陶瓷材料，電極材料選用鐵竦合金，近年來(lái)又采用在陶瓷或石英上進(jìn)行噴鍍金或銀的工藝。2、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)：可以做的非常小巧。能在高溫，低溫，強(qiáng)輻射，強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境中工作。3、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好：可動(dòng)部分可以做的很輕，很薄，固有頻率能做的很高。動(dòng)態(tài)響應(yīng)好?？蓽y(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。4、 可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)：非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)工件的偏心、振動(dòng)等參數(shù)時(shí)，由于電容具有平均效應(yīng)，可以減小表面粗糙度對(duì)測(cè)量的影響。5、 耗能低缺點(diǎn)：1、輸出阻抗高，負(fù)載能力差：電容值一般為幾十到幾百皮法，輸出阻抗很大，易受外界的干擾，對(duì)絕緣部分的要求較高（幾十兆歐以上）。2、寄生電容影響大：由于電容傳感器的初始電容值一般較小，而連接傳感器的引線電纜電容（1?2m導(dǎo)線可達(dá)到800pF），電子線路雜散電容以及周圍導(dǎo)體的“寄生電容”卻較大。這些電容一般是隨機(jī)變化的，將使儀器工作不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。因此，在設(shè)計(jì)和制作時(shí)要采取必要的有效的措施減小寄生電容的影響。

四。電容式傳感器的應(yīng)用1.容式加速度傳感器這里有兩個(gè)固定極板，極板中間有一用彈簧支撐的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊的兩個(gè)端面經(jīng)過(guò)磨平拋光后作為可動(dòng)極板。當(dāng)傳感器測(cè)量垂直方向上的直線加速度時(shí)，質(zhì)量塊在絕對(duì)空間中相對(duì)靜止，而兩個(gè)固定電極將相對(duì)質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，此位移大小正比于被測(cè)加速度，使cl，c2中一個(gè)增大，一個(gè)減小。2.電容式壓力傳感器將測(cè)量膜片與電容極板之間的電容差經(jīng)振蕩器振蕩、調(diào)制解調(diào)、放大器放大、電壓電流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。用于氣體、液體、蒸氣壓力的測(cè)量。當(dāng)前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，今后，隨著CAD技術(shù)、MEMS技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來(lái)的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學(xué)技術(shù)呈