電容式傳感器本章主要內(nèi)容電容式傳感器廣泛應(yīng)用于位移

1、第二章電容式傳感器本章主要內(nèi)容：電容式傳感器廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的精密測(cè)量，且逐步應(yīng)用于壓力、壓差、液面等方面的測(cè)量。 本章著重介紹電容式傳感器的結(jié)構(gòu)原理及結(jié)構(gòu)形式，討 論電容式傳感器的測(cè)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(yīng)用第一講電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)教學(xué)目的要求：掌握變間隙式、變面積式及變介電常數(shù)式三種電容傳感器的工作原理，結(jié)構(gòu)類型及工作原理根本應(yīng)用；教學(xué)重點(diǎn)：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(xué)難點(diǎn)：電容傳感器的輸出特性教學(xué)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)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(dāng)d，S和；r中的某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)有變化時(shí)，就改變了電容C。在交流工作時(shí)，改變 c就相當(dāng)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(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)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(shù) ；r的變介電常數(shù)式。三、電容式傳感器的特性1變間隙式電容傳感器Co當(dāng)被測(cè)量的變化引起間距減小了d時(shí),如厶d &

3、lt;<d時(shí)，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(dòng)極板那么Co：C 二 C01 空d或C _ d Co 一 d說(shuō)明：1.電容C的相對(duì)變化 C/Co與輸入位移 d之間的關(guān)系是非線性的，只有當(dāng)厶d <<d時(shí), 才可認(rèn)為是近似線性關(guān)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(shuō)明：1 電容C的相對(duì)變化 C/Co與直線位移 X呈線性關(guān)系2測(cè)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(zhǎng) 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(zhǎng) a不宜過(guò)小，否那么會(huì)因邊緣電場(chǎng)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(shù)Axd4) 變面積傳感器可測(cè)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(duì)變化 C/Co與角位移二也呈線性關(guān)系。3. 變介電常數(shù)式電容傳感器0 *1囁1£1如圖：C =CA - CB當(dāng)電容式傳感器中的電介質(zhì)改變時(shí)，其介電常數(shù)變化，從而引起了電容量發(fā)生變化而CA與CB與介質(zhì)的種類和介質(zhì)厚度和深度都有

5、 關(guān)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(dòng)電容傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度，常常做成差動(dòng)形式。5. 電容傳感器的性能改善(1)靜電擊穿問(wèn)題應(yīng)對(duì)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(yīng)應(yīng)對(duì)方法：增設(shè)防護(hù)電極，如圖3-8+均勻場(chǎng)面積I 廠/ -("J J 1 v v )I一''''札I保護(hù)環(huán)3-3帶有保護(hù)環(huán)的平梗電容器3寄生電容。產(chǎn)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(chǎn)生電容聯(lián)系，這種電容稱

6、為寄生電容。應(yīng)對(duì)方法：對(duì)傳感器進(jìn)行靜電屏蔽， 即將電容器極板放置在金屬殼體內(nèi)， 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(qū)動(dòng)電纜技術(shù) 驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)：這一技術(shù)的根本思路是將電極引出線進(jìn)行內(nèi)外雙層屏蔽， 使內(nèi)層屏蔽與引出線的電位相 同，從而消除了引出線對(duì)內(nèi)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(yīng)對(duì)方法：選擇適宜的電極材料或在測(cè)量電路中加以補(bǔ)償本講小結(jié)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(cè)量微小位移和微小振動(dòng)， 而變面積式那么可測(cè)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(shí)際中主要存在哪些問(wèn)題？分別采取什