非電量測量-講義02-電容式

電容式傳感器VRCL+-IQ+-+-Ψ1I1M21+-Ψ2I2V2工作原理電容器由兩個電極及電極間的介電物質組成。如圖，兩平行極板組成的電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為δSε傳感器類型由該公式知，電容有三個影響因素，兩個結構因素，一個物性因素，可以設計三類變面積型變極距型變介電常數型傳感器基本結構變面積型電容式的實現(xiàn)Ｃ被測物體定極動極動極位移方向傳感器基本結構變面積型電容式的實現(xiàn)Ｃ被測物體定極動極動極位移方向傳感器基本結構變介電常數型電容式的實現(xiàn)Ｃ兩電極都是定極Ｃ介電常數與濕度有關→測濕度介電常數與溫度有關→測濕度介電常數與壓力有關→測壓力介電常數與光通量有關→測光通量．．．．．傳感器基本結構特別的介質型電容式Ｃ介質位移型Ｃ介質厚度型除了變介質常數型外特別結構的電容式傳感器圓柱形電容器

——變面積型Ｃ動極位移方向似乎無法設計成變極距型電容不夠大→把兩個電極與中間的介電物質卷成螺旋形式螺旋型電容器

——變面積型似乎也無法設計成變極距型特別結構的電容式傳感器——差動式平板式變極距型更高靈敏度定極定極動極（共用）C1C2平板式變面積型定極定極動極（共用）C1C2完成阻抗式傳感器設計的最后工作：dC→Ｖ測量電路之一：交流電橋←→電容電阻混合電橋純電容電橋關于交流電橋，多說兩句1.電路中為交流電時，電壓Ｖ、電流Ｉ、電荷Ｑ等均為交變信號，用幅值與相位的復數表示；2.電壓Ｖ與電流Ｉ之比為阻抗Ｚ，也是復數，其是電阻Ｒ，其實部是電抗Ｘ；3.阻抗的相位角反應電阻與電抗的成分：等于0，是純電阻；等于π/2，是純電感，等于-π/2，是純電容。4.阻抗的實部（電阻R）反應的是能量的損耗，虛部（電抗X）是能量的存儲（電場能或磁場能），X/R稱為品質因子，記為Q，是衡量電抗純度的指標，等于阻抗相位角的余切。Q的倒數稱為損耗因子，記為D，等于阻抗相位角的正切。電感器常用Q，電容器常用D。關于交流電橋，…5.交流電橋中四個橋臂阻抗元件的阻抗的平衡條件是Z!Z2Z3Z4或注：電感的阻抗電容的阻抗電壓比電流超前π/2電壓比電流滯后π/2完成阻抗式傳感器設計的最后工作：dC→df測量電路之二：調頻電路將電容傳感器接入高頻振蕩器的LC諧振回路中，作為回路的一部分。當被測量變化使傳感器電容改變時，振蕩器的振蕩頻率隨之改變，即振蕩器頻率受傳感器電容所調制。其電路組成原理框圖如下所示。振蕩器的輸出頻率f為輸入輸出相對變化值之間關系C電容式傳感器的應用1.位移傳感器（略，電容式傳感器的基本應用就是測位移）2.角位移傳感器變面積型還是變極距型？能否設計變極距型角位移傳感器？電容式傳感器的應用3.角速度（轉速）傳感器電容式傳感器的應用4.加速度（轉速）傳感器被測物體加速度a彈性件質量塊動極定極電容式傳感器的應用5.振動傳感器（類加速度傳感器）被測物體振動頻率與幅度彈性件質量塊動極定極電容式傳感器的應用6.力傳感器F彈性件動極定極（重量傳感器，符號”F“換成”G“）電容式傳感器的應用6.壓力傳感器P彈性件動極定極測流體（氣、液體）壓強電容式傳感器的應用7.差壓傳感器P1（兼彈性件）動極定極1定極2P2電容式傳感器的應用8.電容式麥克風與耳機電容式傳感器的應用8.電容式液位計如果是導電的液體（如電解液），插入一根表面覆蓋絕緣層的電極棒，測量導電液體與電極棒之間的電容→液位；如果是不導電的液體（有機溶劑），容器為金屬器，電極棒無需絕緣表層，測量容器與電擊棒之間的電容→液位。電容式傳感器的應用9.電容式溫度計？雙金屬片動極定極變面積型電容式溫度傳感器電容式傳感器特點及應用結構簡單，體積小，動態(tài)響應好，靈敏度高，分辨率高，能實現(xiàn)非接觸測量等特點，因而被廣泛應用于位移、加速度、振動、壓力、壓差、液位、等分含量等檢測領域。特別提一下它的高分辨率（一般電阻式傳感器難以企及）由于傳感器的帶電極板間的引力極小，需要輸入能量低，所以特別適合于用來解決輸入能量低的問題，如測量極小的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受0.001μm，甚至更小的位移。非電量電量轉化途徑及傳遞系數傳感器靈敏度1/d01/a0非電量位移電容相對變化量電壓放大后的輸出電壓Vi/4Vi/2Vi/1單臂電橋差動半橋差動全橋混合電橋放大電路d0a0習題及問題電容傳感器的工作原理及類型。變極距型（面積型、介質型）溫度（