傳感器第三章電容式傳感器

傳感器第三章電容式傳感器第一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容及要求掌握電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)理解電容式傳感器的靈敏度和非線(xiàn)性了解電容式傳感器的等效電路理解電容式傳感器的測(cè)量電路熟悉電容式傳感器典型應(yīng)用第二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)由絕緣介質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為（3-1）A——平行板所覆蓋面積，非電量。d——兩平行板間的距離，非電量。C——電容量。交流與無(wú)線(xiàn)電電路常用?！娙輼O板間介質(zhì)的介質(zhì)常數(shù)，非電量。同軸柱形電容器：第三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化使得A、d或發(fā)生變化時(shí)，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變其中一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，通過(guò)測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種。改變d的傳感器可以測(cè)量微米數(shù)量級(jí)的位移，而改變A的傳感器只適用于厘米數(shù)量級(jí)的位移。第四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-2電容式傳感元件的各種結(jié)構(gòu)形式厚度、位移液位、液量溫度、濕度角位移線(xiàn)位移角位移第五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.1.1變極距型電容傳感器圖3-3變極距型電容式傳感器第六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)傳感器的εr和A為常數(shù)，初始極距為d0時(shí)，由式（3-1）可知其初始電容量C0為:（3-2）若電容器極板間距離由初始值d0縮小了Δd，電容量增大了ΔC，如圖3-3或3-2(ae)則有:（3-3）第七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-4電容量與極板間距離的關(guān)系曲線(xiàn)CDC1DC2ODd1Dd2CDC1DC2ODd1Dd2d式（3-3）說(shuō)明?C與?d不是線(xiàn)性關(guān)系。但?d很小，當(dāng)?d

《d時(shí)，可認(rèn)為?C--?d是線(xiàn)性的。這種傳感器一般用來(lái)測(cè)量微小變化的量，如0.01um至0.Xmm的線(xiàn)位移.線(xiàn)性度與靈敏度分析第八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日在式（3-3）中，若Δd/d0<<1時(shí)，則展成泰勒級(jí)數(shù)：（3-4）此時(shí)C與Δd近似呈線(xiàn)性關(guān)系，所以變極距型電容式傳感器只有在Δd/d0很小時(shí)，才有近似的線(xiàn)性關(guān)系。對(duì)同樣檢測(cè)Δd,設(shè)計(jì)初值d0越大,Δd/d0越小。

對(duì)線(xiàn)性度的近一步分析:可行嗎?第九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日由(3-4)式,在d0較小時(shí)，對(duì)于同樣的Δd變化所引起的ΔC可以增大，從而使傳感器靈敏度提高。如圖3-4所示。但d0過(guò)小，容易引起電容器擊穿或短路。辦法:為此，極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì),如圖3-4所示，此時(shí)電容C變?yōu)樵O(shè)計(jì)上改善靈敏度的方法?第十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（3-5）式中：εg——云母的相對(duì)介電常數(shù)，εg=7；

ε0——空氣的介電常數(shù)，ε0=1；

d0——空氣隙厚度；

dg——云母片的厚度。第十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-4放置云母片的電容器第十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日表3-1電介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)第十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日云母片的相對(duì)介電常數(shù)是空氣的7倍，其擊穿電壓不小于1000kV/mm，而空氣僅為3kV/mm。因此有了云母片，極板間起始距離可大大減小。

由于式(3-5)分母中的項(xiàng)是恒定值,只要云母片厚度選擇得當(dāng)，就能獲得較好的線(xiàn)性關(guān)系。一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容C0在20~30pF之間，極板間距離d0在25~200μm的范圍內(nèi)。最大位移應(yīng)小于間距的1/10，變極板間距離電容式傳感器故在微米位移測(cè)量中應(yīng)用最廣。第十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日為提高變極距型傳感器的靈敏度和克服某些外界因素影響，我們還可以采取什么措施呢？討論：作成差動(dòng)式，如圖3-2中e。這樣不僅可改善非線(xiàn)性、提高靈敏度，還可以減少外界因素（如電源電壓、環(huán)境溫度等）影響。第十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2變面積型電容式傳感器

被測(cè)量通過(guò)動(dòng)極板移動(dòng)引起兩極板有效覆蓋面積A改變，從而得到電容量的變化。1、平板型線(xiàn)位移式傳感器：如圖3-5，當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)于定極板沿長(zhǎng)度方向平移Δx時(shí)，則電容變化量為：(3-6)式中C0=ε0εrba/d為初始電容。電容相對(duì)變化量為：(3-7)這種形式的傳感器其電容量C與水平位移Δx呈線(xiàn)性關(guān)系。

第十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-5變面積型線(xiàn)位移電容傳感器原理圖第十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-6電容式角位移傳感器原理圖2、電容式角位移傳感器第十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日(3-8)式中：εr——介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)；

d0——兩極板間距離；

A0——兩極板間初始覆蓋面積。圖3-6是電容式角位移傳感器原理圖。當(dāng)動(dòng)極板有一個(gè)角位移θ時(shí)，與定極板間的有效覆蓋面積就發(fā)生改變，從而改變了兩極板間的電容量。當(dāng)θ=0時(shí)，則第十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（3-9）從式（3-9）可以看出，傳感器的電容量C與角位移θ呈線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)θ≠0時(shí)，則第二十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日C與a基本上成線(xiàn)性關(guān)系。采用圓柱形電容器的原因．主要是考慮到動(dòng)極板稍作徑向移動(dòng)時(shí)、不影響電容器的輸出特性。3、圓柱形電容式位移傳感器初始位置時(shí)（a=0），動(dòng)、定極板相互覆蓋，電容量為：當(dāng)動(dòng)極板發(fā)生位移a后，其容量為：（3-11）(3-10)第二十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日同樣道理，為提高變面積型傳感器的靈敏度和克服某些外界因素影響，常做成差動(dòng)式，如圖3-2中fgh。第二十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日式中：C0——由變換器的基本尺寸決定的初始電容值,即(3-12)可見(jiàn)：此變換器的電容增量正比于被測(cè)液位高度h。3.1.3變介質(zhì)型電容式傳感器1、圓柱型如圖5-7示。此時(shí)變換器電容值為：第二十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-7電容式液位變換器結(jié)構(gòu)原理圖第二十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日(3-13)2、平板型變介質(zhì)型電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)形式，圖3-8是一種常用的結(jié)構(gòu)形式。圖中兩平行電極固定不動(dòng)，極距為d0，相對(duì)介電常數(shù)為εr2的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中，從而改變兩種介質(zhì)的極板覆蓋面積。傳感器總電容量C（并聯(lián)）為：第二十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-8變介質(zhì)型電容式傳感器第二十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日若電介質(zhì)εr1=1,當(dāng)L=0時(shí)，傳感器初始電容C0=ε0εrL0b0/d0。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)εr2進(jìn)入極板間L深度后，引起電容相對(duì)變化量為:(3-14)可見(jiàn)，電容量的變化與電介質(zhì)εr2的移動(dòng)量L成線(xiàn)性關(guān)系。第二十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.2電容式傳感器的靈敏度及非線(xiàn)性(3-15)當(dāng)|Δd/d0|<<1時(shí)，按級(jí)數(shù)展開(kāi)，可得(3-16)1、由前面變極距電容傳感器公式（3-3）已得到，電容的相對(duì)變化量為：第二十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日可見(jiàn)，輸出電容的相對(duì)變化量ΔC/C0與輸入位移Δd之間實(shí)際成非線(xiàn)性關(guān)系，當(dāng)|Δd/d0|<<1時(shí)，可略去高次項(xiàng)，得到近似的線(xiàn)性關(guān)系：(3-17)(3-18)說(shuō)明：?jiǎn)挝惠斎胛灰扑鸬妮敵鲭娙菹鄬?duì)變化的大小（即靈敏度）與d0呈反比關(guān)系。電容式傳感器的靈敏度定義為，電容變化與所引起該變化的可動(dòng)部件的機(jī)械位移變化之比。即變極距電容傳感器的靈敏度為：第二十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日如果考慮式（3-16）中的線(xiàn)性項(xiàng)與二次項(xiàng)，則(3-19)由此可得出傳感器的相對(duì)非線(xiàn)性誤差δ為(3-20)由式（3-16）與式（3-18）可以看出：要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙d0，但非線(xiàn)性誤差卻隨著d0的減小而增大。第三十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線(xiàn)性誤差，大都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。如圖3-9所示,在差動(dòng)式平板電容器中，當(dāng)動(dòng)極板位移Δd時(shí)，電容器C1的間隙d1變?yōu)閐0-Δd，電容器C2的間隙d2變?yōu)閐0+Δd,則(3-21)(3-22)第三十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-9差動(dòng)平板式電容傳感器結(jié)構(gòu)圖第三十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日在Δd/d0<<1時(shí),按級(jí)數(shù)展開(kāi)得(3-23)(3-24)電容值總的變化量為:(3-25)第三十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日電容值相對(duì)變化量為(3-26)略去高次項(xiàng)，則ΔC/C0與Δd/d0近似成為如下的線(xiàn)性關(guān)系：(3-27)如果只考慮式（3-24）中的線(xiàn)性項(xiàng)和三次項(xiàng),則電容式傳感器的相對(duì)非線(xiàn)性誤差δ近似為(3-28)第三十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日差動(dòng)的好處?kù)`敏度得到一倍的改善線(xiàn)性度得到改善差動(dòng)：差動(dòng)：非差動(dòng)：非差動(dòng)：第三十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.3電容式傳感器的等效電路如圖所示電路，Rp為并聯(lián)損耗電阻，它代表極板問(wèn)的泄漏電阻和介質(zhì)損耗。這些損耗在低頻時(shí)影響較大。Rs代表串聯(lián)損耗，即引線(xiàn)電阻，電容器支架和極板的電阻。電感L由電容器本身的電感和外部引線(xiàn)電感組成。由等效電路可知，等效電路有一個(gè)諧振頻率，通常為幾十兆赫。實(shí)際工作中，應(yīng)該選擇低于諧振頻率的工作頻率。圖3-9電容式傳感器的等效電路第三十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日傳感元件的有效電容Ce可由下式求得(為了計(jì)算方便，忽略Rs和Rp):第三十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日在這種情況下，電容的實(shí)際相對(duì)變化量為(3-19)式(3-19)表明電容式傳感器的實(shí)際相對(duì)變化量與傳感器的固有電感L的角頻率ω有關(guān)。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須與標(biāo)定的條件相同。第三十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.４電容式傳感器的測(cè)量電路3.4.1調(diào)頻電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分,當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí)，振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。可將頻率作為輸出量用以判斷被測(cè)非電量的大小，但此時(shí)系統(tǒng)是非線(xiàn)性的，不易校正，因此必須加入鑒頻器，將頻率的變化轉(zhuǎn)換為電壓振幅的變化，經(jīng)過(guò)放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來(lái)。如圖3-11所示。圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為(3-29)第三十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日式中：C——振蕩回路的總電容，C=C1+C2+Cx，其中C1為振蕩回路固有電容,C2為傳感器引線(xiàn)分布電容,Cx=C0±ΔC為傳感器的電容。圖3-11調(diào)頻式測(cè)量電路原理框圖第四十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)被測(cè)信號(hào)為0時(shí)，ΔC=0，則C=C1+C2+C0，所以振蕩器有一個(gè)固有頻率f0,其表示式為(3-30)當(dāng)被測(cè)信號(hào)不為0時(shí)，ΔC≠0，振蕩器頻率有相應(yīng)變化，此時(shí)頻率為(3-31)第四十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第四十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有較高的靈敏度，可以測(cè)量高至0.01μm級(jí)位移變化量。信號(hào)的輸出頻率易于用數(shù)字儀器測(cè)量，并與計(jì)算機(jī)通訊，抗干擾能力強(qiáng)，可以發(fā)送、接收，以達(dá)到遙測(cè)遙控的目的。其缺點(diǎn)是寄生電容對(duì)測(cè)量精度的影響較大。第四十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.4.2諧振電路將電容傳感器C3作為諧振回路中(L2、C2、C3)調(diào)諧電容的一部分。通過(guò)電感耦合從穩(wěn)定的高頻振蕩器取得振蕩電壓。當(dāng)傳感器電容c3發(fā)生變化時(shí)，使得諧振回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化，而這個(gè)變化又表現(xiàn)為整流器電流的變化。于是，該電流經(jīng)過(guò)放大后即可指示輸入量的大小。第四十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.4.3運(yùn)算放大器式電路由于運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)非常大，而且輸入阻抗Zi很高,運(yùn)算放大器的這一特點(diǎn)可以作為電容式傳感器的比較理想的測(cè)量電路。如圖3-12示。由運(yùn)算放大器工作原理可得(3-32)如果傳感器是一只平板電容，則Cx=εA/d，代入式(3-32)，可得(3-33)式中“－”號(hào)表示輸出電壓Uo的相位與電源電壓反相。第四十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日可見(jiàn)運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離d成線(xiàn)性關(guān)系。式中“－”號(hào)表示輸出電壓Uo的相位與電源電壓反相。運(yùn)算放大器式電路雖解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線(xiàn)性問(wèn)題，注意條件：要求Zi及放大倍數(shù)足夠大。為保證儀器精度，還要求電源電壓Ui的幅值和固定電容C值穩(wěn)定。第四十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-12運(yùn)算放大器式電路原理圖運(yùn)算放大器第四十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.4.4二極管雙T形交流電橋

如圖3-13（a）示。

e是高頻電源，它提供了幅值為U的對(duì)稱(chēng)方波，VD1、VD2為特性完全相同的兩只二極管，固定電阻R1=R2=R，C1、C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。第四十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-13二極管雙T形交流電橋第四十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)傳感器沒(méi)有輸入時(shí)，C1=C2。電路工作原理：當(dāng)e為正半周時(shí)，二極管VD1導(dǎo)通、VD2截止，于是電容C1充電，其等效電路如圖3-13（b）所示；在隨后負(fù)半周出現(xiàn)時(shí)，電容C1上的電荷通過(guò)電阻R1，負(fù)載電阻RL放電，流過(guò)RL的電流為I1。當(dāng)e為負(fù)半周時(shí)，VD2導(dǎo)通、VD1截止，則電容C2充電，其等效電路如圖3-13（c）所示；在隨后出現(xiàn)正半周時(shí)，C2通過(guò)電阻R2，負(fù)載電阻RL放電，流過(guò)RL的電流為I2。電流I1=I2，且方向相反，在一個(gè)周期內(nèi)流過(guò)RL的平均電流為零。第五十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日若傳感器輸入不為0，則C1≠C2,I1≠I(mǎi)2,此時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)RL上的平均電流不為零，因此產(chǎn)生輸出電壓，輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)平均值為（3-34）式中,f為電源頻率。第五十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)RL已知，式（3-34）中則式(5-34)可改寫(xiě)為（3-35）第五十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日從式（3-35）可知，輸出電壓Uo不僅與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，而且與T形網(wǎng)絡(luò)中的電容C1和C2的差值有關(guān)。當(dāng)電源電壓確定后，輸出電壓Uo是電容C1和C2的函數(shù)。

電路的靈敏度與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，故輸入電源要求穩(wěn)定。當(dāng)U幅值較高，使二極管VD1、VD2工作在線(xiàn)性區(qū)域時(shí)，測(cè)量的非線(xiàn)性誤差很小。電路的輸出阻抗與電容C1、C2無(wú)關(guān)，而僅與R1、R2及RL有關(guān)，約為1~100kΩ。輸出信號(hào)的上升沿時(shí)間取決于負(fù)載電阻。對(duì)于1kΩ的負(fù)載電阻上升時(shí)間為20μs左右，故可用來(lái)測(cè)量高速的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。第五十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日電路的特點(diǎn):①線(xiàn)路簡(jiǎn)單，可全部放在探頭內(nèi)，大大縮短了電容引線(xiàn)、減小了分布電容的影響；②電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定；③輸出阻抗為R，而與電容無(wú)關(guān)，克服了電容式傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn)；④適用于具有線(xiàn)性特性的單組式和差動(dòng)式電容式傳感器。第五十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.4.5脈沖寬度調(diào)制電路圖3-15脈沖寬度調(diào)制電路圖比較器第五十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5-16脈沖寬度調(diào)制電路電壓波形第五十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)C1≠C2,電路各點(diǎn)波形如圖3-16（b）所示，此時(shí)uA、uB脈沖寬度不再相等，一個(gè)周期(T1+T2)時(shí)間內(nèi)的平均電壓值不為零。此uAB電壓經(jīng)低通濾波器濾波后，可獲得Uo輸出:（3-38）式中：U1——觸發(fā)器輸出高電平；

T1、T2——Cx1、Cx2充電至Ur時(shí)所需時(shí)間。第五十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日由電路知識(shí)可知（3-39）（3-40）將T1、T2代入式（3-38），得（3-41）第五十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日把平行板電容的公式代入式（3-41），在變極板距離的情況下可得（3-42）式中,d1、d2分別為Cx1、Cx2極板間距離。

當(dāng)差動(dòng)電容Cx1=Cx2=C0，即d1=d2=d0時(shí)，Uo=0；若Cx1≠Cx2，設(shè)Cx1>Cx2，即d1=d0-Δd,d2=d0+Δd,則有（3-43）第五十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日同樣，在變面積電容傳感器中，則有（3-44）差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動(dòng)式電容式傳感器,并具有理論上的線(xiàn)性特性第六十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)： 采用直流電源，其電壓穩(wěn)定度高 不存在穩(wěn)頻、波形純度的要求 也不需要相敏檢波與解調(diào)等 對(duì)元件無(wú)線(xiàn)性要求 經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓 對(duì)輸出矩形波的純度要求也不高第六十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.4.6、電橋電路電橋輸出電壓為：電橋平衡條件：第六十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.5.1差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器電容測(cè)厚傳感器是用來(lái)對(duì)金屬帶材在軋制過(guò)程中厚度的檢測(cè)，其工作原理是在被測(cè)帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C1、C2。把兩塊極板用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)成為一個(gè)極,而帶材就是電容的另一個(gè)極，其總電容為C1+C2，如果帶材的厚度發(fā)生變化，將引起電容量的變化，用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘻y(cè)出來(lái),經(jīng)過(guò)放大即可由電表指示測(cè)量結(jié)果。3.5電容式傳感器的應(yīng)用第六十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-19差動(dòng)式電容測(cè)厚儀系統(tǒng)組成框圖第六十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.5.2．頻率變換型電容測(cè)厚傳感器將被測(cè)電容c1，c2作為各變換振蕩器的回路電容，振蕩器的其他參數(shù)為固定值，其等效電路如下：電路的振蕩頻率為：因?yàn)榕c有關(guān)，而與板材的厚度有關(guān)。各頻率值通過(guò)取樣計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字量，再由微機(jī)進(jìn)行函數(shù)處理，就可得到誤差極小的板材厚度。第六十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.5.3電容式壓力傳感器該傳感器的靈敏度和分辨率都很高，響應(yīng)速度快(約100ms),可以測(cè)量0~0.75Pa的微小壓差真空或微小絕對(duì)壓力(需把膜片的一側(cè)密封并抽成高真空(10-5Pa)即可)。第六十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第六十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D3-22(b)為差動(dòng)電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖中所示膜片為動(dòng)電極，兩個(gè)在凹形玻璃上的金屬鍍層為固定電極，構(gòu)成差動(dòng)電容器。當(dāng)被測(cè)壓力或壓力差作用于膜片并產(chǎn)生位移時(shí),所形成的兩個(gè)電容器的電容量，一個(gè)增大，一個(gè)減小。該電容值的變化經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與壓力或壓力差相對(duì)應(yīng)的電流或電壓的變化。第六十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.5.6、高分子電容式濕度變送器該儀器是利用高分子電容式濕敏傳感器測(cè)量濕度的。高分子薄膜式濕敏元件應(yīng)用的是平板電容器原理．在絕緣基片上依次形成上電極、感濕腹、下電級(jí)。感濕膜是聚酰亞胺高分子聚合物，它吸收環(huán)境中的水分，使其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化，達(dá)到測(cè)濕目的。其測(cè)量范圍為0%RH~100%RH，輸出電壓V。其等效電路如圖。第六十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.5.6、石英撓性伺服加速度計(jì)石英撓性伺服加速度計(jì)是由固有頻率很低的電容式加速度計(jì)和伺服回路兩大部分組城．并形成一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)控制系統(tǒng)．具體結(jié)構(gòu)與原理如圖3—24所示。第七十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.5.7電容式加速度傳感器圖3-18差動(dòng)式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖第七十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)傳感器殼體隨被測(cè)對(duì)象沿垂直方向作直線(xiàn)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊在慣性空間中相對(duì)靜止，兩個(gè)固定電極將相對(duì)于質(zhì)量塊在垂直方向產(chǎn)生大小正比于被測(cè)加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化，一個(gè)增加，一個(gè)減小，從而使C1、C2產(chǎn)生大小相等、符號(hào)相反的增量，此增量正比于被測(cè)加速度。電容式加速度傳感器大多采用空氣或其它氣體作阻尼物質(zhì),其主要特點(diǎn)是頻率響應(yīng)快和量程范圍大,精度較高，量程大，可以測(cè)很高的加速度.第七十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日a)測(cè)振幅b)測(cè)軸回轉(zhuǎn)精度和軸心偏擺被測(cè)物振動(dòng)電容式傳感器被測(cè)軸電容式傳感器電容式位移傳感器應(yīng)用

第七十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日容柵式電容傳感器應(yīng)用第七十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日主要應(yīng)用于量具、量?jī)x和機(jī)床數(shù)顯裝置。角位移容柵傳感器已在電子數(shù)顯千分尺及機(jī)床分度盤(pán)中應(yīng)用。線(xiàn)位移容柵傳感器已在電子數(shù)顯卡尺、數(shù)顯深度尺、數(shù)顯高度尺、機(jī)床數(shù)顯標(biāo)尺中應(yīng)用第七十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用產(chǎn)品圖片第七十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日電容傳感器濕敏電容第七十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日壓力及液位傳感器（上海正開(kāi)）第七十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第七十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.6傳感器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.特點(diǎn)2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)第八十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日1、特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn): 1.溫度穩(wěn)定性好

（電容值與電極材料無(wú)關(guān)；本身發(fā)熱極?。?2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng) 3.動(dòng)態(tài)響應(yīng)好

4.可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)第八十一