5.1.1電容式傳感器測量原理

●項(xiàng)目——液位檢測●任務(wù)——汽車油箱油量檢測?任務(wù)導(dǎo)入汽車油箱油量檢測——電容式傳感器測量液位電容式傳感器?電容式傳感器●定義：電容式傳感器是把被測非電量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。電容式傳感器測量液位高阻抗，小功率動(dòng)態(tài)范圍大響應(yīng)速度快幾乎沒有零漂結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)可在惡劣的環(huán)境下使用廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度、壓力、壓差、液面、成分含量等方面的測量?電容式傳感器●定義：電容式傳感器是把被測非電量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。電容式傳感器的測量原理一、電容式傳感器的工作原理電容傳感器是一種把被測的機(jī)械量（如位移、壓力等）轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器，它的敏感部分是具有可變參數(shù)的電容器，其最常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成，以空氣為介質(zhì)的電容器。dAε?電容式傳感器●定義：電容式傳感器是把被測非電量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。電容式傳感器的測量原理一、電容式傳感器的工作原理電容量的變化確定被測量的大小√改變極距D和面積A可以反映位移或角度變化，從而可以用于間接測量壓力、彈力等的變化?！谈淖儎t可以反映厚度、溫度的變化。?電容式傳感器●定義：電容式傳感器是把被測非電量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。電容式傳感器的測量原理二、電容式傳感器的分類變面積型電容傳感器變極距型電容傳感器變介質(zhì)型電容傳感器?電容式傳感器的分類——變面積型電容傳感器電容式傳感器的測量原理圖

直線位移式電容傳感器

定極板

動(dòng)極板直線位移式角位移式固定不動(dòng)可移動(dòng)?電容式傳感器的分類——變面積型電容傳感器電容式傳感器的測量原理abd√電容因位移而產(chǎn)生的變化量√靈敏度k1.直線位移式電容傳感器?電容式傳感器的分類——變面積型電容傳感器電容式傳感器的測量原理√電容因位移而產(chǎn)生的變化量√靈敏度k√傳感器電容量變化量與位移的變化量

之間呈線性關(guān)系?！套兠娣e式電容傳感器的靈敏度是常數(shù)，即輸入與輸出成線性關(guān)系，因此對(duì)于一個(gè)特定的平板形變面積式電容傳感器，其靈敏度是與其幾何結(jié)構(gòu)和初始電容量相關(guān)的常數(shù)?！淘黾觔或者減小b均可提高傳感器的靈敏度，但是d的減小受到電容擊穿電壓的限制，而增加b受到體積的限制。1.直線位移式電容傳感器?電容式傳感器的分類——變面積型電容傳感器電容式傳感器的測量原理假設(shè)傳感器兩極板全重合（）時(shí)的電容量為C0。當(dāng)動(dòng)極板有一角位移時(shí)，改變了兩極板間有效覆蓋面積，使電容量發(fā)生變化，此時(shí)電容值為：其靈敏度k2.角位移式電容傳感器?電容式傳感器的分類——變面積型電容傳感器電容式傳感器的測量原理√傳感器電容量變化量與角位移角度

之間呈線性關(guān)系√對(duì)于一個(gè)特定的角位移變面積式電容傳感器其靈敏度是與其幾何結(jié)構(gòu)和初始電容量相關(guān)的常數(shù)2.角位移式電容傳感器?電容式傳感器的分類——變面積型電容傳感器電容式傳感器的測量原理外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運(yùn)動(dòng)，電容量發(fā)生變化，此時(shí)電容值為：其靈敏度k3.圓柱形電容傳感器?電容式傳感器的分類——變面積型電容傳感器電容式傳感器的測量原理外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運(yùn)動(dòng)，電容量發(fā)生變化，此時(shí)電容值為：其靈敏度k√傳感器電容量變化量與位移變化量之間呈線性關(guān)系√對(duì)于一個(gè)特定的圓柱形變面積式電容傳感器其靈敏度是與其幾何結(jié)構(gòu)和初始電容量相關(guān)的常數(shù)3.圓柱形電容傳感器?變面積式電容傳感器使用注意事項(xiàng)電容式傳感器的測量原理010203√增大初始電容可以提高傳感器的靈敏度?！虡O板寬度a的大小不影響靈敏度，但不能太小，否則邊緣電場影響增大，非線性將增大?！獭鱔變化不能太大，否則邊緣效應(yīng)會(huì)使傳感器特性產(chǎn)生非線性變化。?電容式傳感器的分類——變極距型電容傳感器√如果兩極板的有效作用面積A及極板間的介質(zhì)ε保持不變，則動(dòng)極板因被測參數(shù)的改變而引起移動(dòng)時(shí)，兩極板間的距離d發(fā)生變化，引起電容量的變化，通過測量電路就可以轉(zhuǎn)換為電量輸出。這就是變極距型電容傳感器的工作原理。?電容式傳感器的分類——變極距型電容傳感器當(dāng)傳感器的和A為常數(shù)時(shí)，初始極距為d時(shí)，其初始電容量為若電容器兩極板間的距離由初始值d縮小x，電容量增大，則有由此可知：變極距型電容傳感器電容量C與x不是線性關(guān)系，而是雙曲線關(guān)系。電容式傳感器的測量原理?電容式傳感器的分類——變極距型電容傳感器當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)后，C1和C2成差動(dòng)變化，即其中一個(gè)電容量增大，而兩一個(gè)電容量減小。若動(dòng)極板向上移動(dòng)x，則兩點(diǎn)容差值為：電容式傳感器的測量原理可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)非接觸測量動(dòng)態(tài)響應(yīng)好靈敏度和精度極高適用于較小位移的精度測量01020304?電容式傳感器的分類——變極距型電容傳感器?電容式傳感器的分類——變介質(zhì)型電容傳感器√保持面積和極據(jù)兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變介質(zhì)一個(gè)參數(shù)，就可以把介質(zhì)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可以轉(zhuǎn)換為電量輸出。這就是變介質(zhì)型電容傳感器的工作原理。?電容式傳感器的分類——變介質(zhì)型電容傳感器●工作原理：保持面積和極據(jù)兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變介質(zhì)一個(gè)參數(shù)，就可以把介質(zhì)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過測量電路就可以轉(zhuǎn)換為電量輸出。用途結(jié)構(gòu)形式用于測量厚度液位介質(zhì)的溫度和濕度變介質(zhì)型電容傳感器介質(zhì)面積變化的電容傳感器電容式傳感器的測量原理?電容式傳感器的分類——變介質(zhì)型電容傳感器當(dāng)厚度為的介質(zhì)在電容器中左右移動(dòng)時(shí)，電容器介質(zhì)的總介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化。

當(dāng)厚度為的介質(zhì)插入兩極板間時(shí)，電容量為

√電容量C與位移x呈線性關(guān)系√變介質(zhì)型電容傳感器中的極板間存在導(dǎo)電物質(zhì)，極板表面應(yīng)涂絕緣層，防止極板短路上式表明：1.平板形變介質(zhì)式電容傳感器電容式傳