電容式傳感器

第4章電容式傳感器1.2第4章電容式傳感器工作原理、結(jié)構(gòu)和特性4.14.2特點和應用中存在的問題4.3電容式傳感器及其應用

4.4測量電路電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。結(jié)構(gòu)簡單、高分辨力、可非接觸測量，并能在高溫、輻射和強烈振動等惡劣條件下工作，這是它的獨特優(yōu)點。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，促使它揚長避短，成為一種很有發(fā)展前途的傳感器。第4章電容式傳感器第4章電容式傳感器由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，當忽略邊緣效應影響時，其電容量與真空介電常數(shù)ε0(8.854×10－12F/m)、極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr、極板的有效面積A以及兩極板間的距離δ有關(guān)：

(4-1)若被測量的變化使式中δ、A、εr三個參量中任意一個發(fā)生變化時，都會引起電容量的變化，再通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。第一節(jié)工作原理、結(jié)構(gòu)和特性C=ε0εrA/δ

第4章電容式傳感器圖4.1為這種傳感器的原理圖。當傳感器的εr和A為常數(shù)，初始極距為δ0，由式(4-1)可知其初始電容量C0為(4-2)4.1.1變極距型電容傳感器

圖4.1變極距型電容傳感器原理圖當動極端板因被測量變化而向上移動使δ0減小Δδ0時，電容量增大ΔC則有

(4-3)

可見，傳感器輸出特性C＝f(δ)是非線性的，如圖4-2所示。電容相對變化量為

(4-4)如果滿足條件(Δδ0/δ0)<<1，式(4-4)可按級數(shù)展開成

(4-5)第4章電容式傳感器第4章電容式傳感器略去高次(非線性)項，可得近似的線性關(guān)系和靈敏度S分別為

和

如果考慮式(4-5)中的線性項及二次項，則

(4-6)(4-7)(4-8)式(4-6)的特性如圖4.3中的直線1，而式(4-8)的特性如曲線2。因此，以式4-6作為傳感器的特性使用時，其相對非線性誤差ef為第4章電容式傳感器第4章電容式傳感器由上討論可知：(1)變極距型電容傳感器只有在|Δδ0/δ0|很小(小測量范圍)時，才有近似的線性輸出；(2)靈敏度S與初始極距δ0的平方成反比，故可用減少δ0的辦法來提高靈敏度。例如在電容式壓力傳感器中，常取δ0＝0.1～0.2mm，C0在20～100pF之間。由于變極距型的分辨力極高，可測小至0.01μm的線位移，故在微位移檢測中應用最廣。(4-9)第4章電容式傳感器由式(4-9)可見,δ0的減小會導致非線性誤差增大；δ0過小還可能引起電容器擊穿或短路。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4.4所示。設(shè)兩種介質(zhì)的相對介電質(zhì)常數(shù)為εr1(空氣：εr1＝1)、εr2，相應的介質(zhì)厚度為δ1、δ2，則有第4章電容式傳感器(4-10)圖4.5所示為差動結(jié)構(gòu)，動極板置于兩定極板之間。初始位置時，δ1＝δ2＝δ0，兩邊初始電容相等。當動極板向上有位移Δδ時，兩邊極距為δ1＝δ0-Δδ，δ2＝δ0+Δδ；

兩組電容一增一減。同差動式自感傳感器式(3-41)的同樣分析方法，由式(4-4)和式(4-5)可得電容總的相對變化量為(4-11)第4章電容式傳感器略去高次項，可得近似的線性關(guān)系(4-12)相對非線性誤差ef′為(4-13)上式與式(4-6)及式(4-9)相比可知，差動式比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，它還能有效地補償溫度變化所造成的誤差。第4章電容式傳感器

原理結(jié)構(gòu)如圖4.6所示。它與變極距型不同的是，被測量通過動極板移動，引起兩極板有效覆蓋面積A改變，從而得到電容的變化。設(shè)動極板相對定極板沿長度ｌ0方向平移Δｌ時，則電容為

4.1.2.變面積型電容傳感器(4-14)式中為初始電容。電容的相對變化量為(4-15)第4章電容式傳感器很明顯，這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測量較大的直線位移和角位移。它的靈敏度為必須指出，上述討論只在初始極距δ0精確保持不變時成立，否則將導致測量誤差。為減小這種影響，可以使用圖4-6(b)所示中間極移動的結(jié)構(gòu)。(4-16)第4章電容式傳感器

圖4.7變面積型差動式結(jié)構(gòu)(a)扇形平板結(jié)構(gòu)；(b)柱面板結(jié)構(gòu)第4章胖電容爬式傳怖感器變面積型電容傳感器與變極距型相比，其靈敏度較低。因此，在實際應用中，也采用差動式結(jié)構(gòu)，以提高靈敏度。角位移測量用的差動式典型結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。圖中：A、B為同一平(柱)面而形狀和尺寸均相同且互相絕緣的定極板。動極板C平行于A、B，并在自身平(柱)面內(nèi)繞O點擺動。從而改變極板間覆蓋的有效面積，傳感器電容隨之改變。C的初始位置必須保證與A、B的初始電容值相同。

對圖(a)有(4覽-1晌7)第4章侍電容澡式傳愛感器對圖(b)有

(4-18)上兩式中

α——初始位置時一組極板相互覆蓋有效面積所包的角度(或所對的圓心角)；δ0、εr同前。當動極板C隨角位移(Δα)輸入而擺動時兩組電容值一增一減，差動輸出。第4章籌電容徐式傳粒感器第4章賢電容貸式傳論感器這種腦電容慣傳感累器有尤較多枕的結(jié)楊構(gòu)型吸式，胸可以墳用來地測量債紙張紗、絕渠緣薄伴膜等響的厚后度，純也可易用來弄測量匹糧食豈、紡乎織品金、木磁材或訴煤等株非導輕電固刪體物枯質(zhì)的鋪濕度諷。圖4.已8為原漿理結(jié)咱構(gòu)。瘦圖(a姨)中兩您平行盯極板財固定嘩不動視，極結(jié)距為δ0，相馬對介類電常鹽數(shù)為εr2的電蝦介質(zhì)周以不擴同深挖度插豪入電聯(lián)容器強中，常從而播改變彈兩種腰介質(zhì)鼓的極念板覆陽蓋面雨積。葛傳感譜器的觀總電梳容量C為兩頃個電似容C1和C2的并細聯(lián)結(jié)縫果。夏由式(4滲-1秀)(4-19)4.雄1.猾3變介章質(zhì)型疾電容您傳感毀器

圖4.8變介質(zhì)型電容傳感器(a)電介質(zhì)插入式；(b)非導電流散材料物位的電容測量式中ｌ0、b0——極板長度和寬度；ｌ——第二種電介質(zhì)進入極間的長度。第4章減電容蠻式傳塘感器若電介質(zhì)ｌ為空氣(εr1＝1)，當ｌ＝0時傳感器的初始電容；當介質(zhì)2進入極間ｌ后引起電容的相對變化為

(4-20)可見，電容的變化與電介質(zhì)2的移動量ｌ成線型關(guān)系。上述原理可用于非導電散材物料的物位測量。如圖(b)所示，將電容器極板插入被監(jiān)測的介質(zhì)中，隨著灌裝量的增加，極板覆蓋面增大。由式(4-20)可知，測出的電容量即反映灌裝高度ｌ。第4章饞電容左式傳勵感器第4章恨電容著式傳艘感器圖4.巨9電容販傳感鼻器的評等效鋸電路1.等效她電路電容墊式傳棚感器寨將被掩測非夫電量裹變換貝為電毅容變坐化后選，必的須采縱用測峰量電產(chǎn)路將勺其轉(zhuǎn)站換為跨電壓苦、電讓流或梢頻率攻信號從。第三脖節(jié)襖測量閘電路變化，從而引起傳感器有效靈敏度的改變

在這種情況下，每當改變激勵頻率或者更換傳輸電纜時都必須對測量系統(tǒng)重新進行標定。(4量-3趨2)(4樣-3餓3)4章除電容級式傳伍感器第4章嘉電容識式傳扇感器4.疼2.害1.變壓襪器電捕橋如圖4.野13所示風，C、C2為傳甘感器丟的兩唱個差旁動電逢容。蔽電橋態(tài)的空隆載輸懼出電閱壓為(4忍-2困4)圖4.擔9中C為傳廢感器忘電容頁，Rp為低衰頻損耗并口聯(lián)電跨阻，蜘它包范含極尊板間均漏電踢和介毯質(zhì)損牧耗；Rs為高猶濕、林高溫篩、高槳頻激毫勵工納作時電的串廣聯(lián)損芒耗電如組，融它包梅含導脹線、狗極板碰間和厘金屬煮支座睬等損館耗電汪阻；L為電駁容器裳及引帳線電紋感；Cp為寄肆生電濕容，剛克服語其影恭響，愉是提陰高電該容傳司感器縫實用糖性能坑的關(guān)避鍵之宋一，菌下面魄專門測討論稱?？深D見，紙在實薄際應擁用中炮，特傷別在淡高頻軌激勵五時，隸尤需避考慮L的存覆在，喉會使構(gòu)傳感越器有龜效電并容。圖4.監(jiān)13變壓辮器電桃橋?qū)ψ兣繕O距制型電取容傳榆感器洲，代挑入上劑式得第4章涌電容姑式傳村感器

可見，對變極距型差動電容傳感器的變壓器電橋，在負載阻抗極大時，其輸出特性呈線性。4.2.2.雙T二極管交流電橋

如圖4.14所示：U是高頻電源，提供幅值為U的對稱方波(正弦波也適用)；

D1、D2為特性完全相同的兩個二極管，R1＝R2＝R；C1、C2為傳感器的兩個差動電容。

當傳感器沒有位移輸入時，C1＝C2，RL在一個周期內(nèi)流過的平均電流為零，無電壓輸出。

當C1或C2變化時，RL上產(chǎn)生的平均電流將不再為零，因而有信號輸出。其輸出電壓的平均值為第4章垂電容鉗式傳之感器第4章饞電容鍵式傳菜感器(4索-2譜5)圖4.跑14雙T二極受管交震流電睜橋式中：f為電源頻率。當RL已知時，上式中

為常數(shù)，則

(4浴-2矩6)第4章牢電容膀式傳繭感器第4章打電容固式傳孤感器該電朝路適雙用于腿各種良電容托式傳吸感器帖。它軍的應菌用特點時和要朝求：(1合)電源戚、傳贈感器喬電容棵、負友載均牧可同躬時在竹一點陶接地浙；(2誕)二極篩管D1、D2工作幼于高淚電平殿下，默因而柿非線裹性失裳真小禿；(3度)其靈鍵敏度顧與電梅源頻巷率有寧關(guān)，置因此嘗電源恐頻率問需要斑穩(wěn)定貫；(4屬)將D1、D2、R1、R2安裝恭在C1、C2附近年能消倘除電霉纜寄寶生電通容影哨響；互線路啊簡單靈；(5糖)輸出血電壓耍較高。4.不2.搭3.脈沖烏調(diào)寬形電路圖4.紋15為一師種差親動脈耗沖寬銳度調(diào)月制電菊路。第4章瞧電容吼式傳幫感器當接東通電壟源后詠，若尿觸發(fā)脾器Q端為嚷高電獨平(U1)，端唇為低扶電平(0窩)，則混觸發(fā)果器通跟過R1對C1充電休；當F點電例位UF升到吸與參顯考電痰壓Ur相等寄時，殖比較幼器IC1產(chǎn)生焦一脈天沖使母觸發(fā)撈器翻絲式轉(zhuǎn)，岡從而雄使Q端為被低電囑平，披端為俘高電謎平(U1)。此衣時，技由電怖容C1通過嫁二極掀管D1迅速仁放電衣至零句，而鹽觸發(fā)欠器由會端經(jīng)R2向C2充電誘；當G點電容位UG與參性考電腰壓Ur相等澤時，束比較鋒器IC2輸出攀一脈倦沖使除觸發(fā)斑器翻膽轉(zhuǎn)，初從而潮循環(huán)簽上述聾過程碰。圖4.衫15差動醫(yī)脈沖通調(diào)寬婦電路第4章麻電容雹式傳榆感器可以悼看出樂，電庸路充岸放電歉的時罪間，膚即觸扛發(fā)器膀輸出立方波財脈沖半的寬額度受從電容C1、C2調(diào)制雙。當C1棄=C見2時，屋各點雹的電謠壓波紹形如授圖4.覆16簽(a扶)所示夾，Q和出兩虹端電見平的施脈沖挎寬度態(tài)相等壓，兩挺端間園的平劈燕均電笨壓為閃零。當C1＞C2時，宋各點撞的電嬸壓波右形如抵圖4.揮16露(b炒)所示招，Q、兩撤端間索的平泡均電臭壓(經(jīng)一祥低通俘濾波湖器)為(4涼-2壩7)式中希：T1和T2分別摔為Q端和疑端桑輸出福方波帶脈沖騎的寬濤度，炒亦即C1和C2的充恢電時話間。

圖4.16各點電壓波形圖第4章挑電容祥式傳斗感器當該電路用于差動式變極距型電容傳感器時，式(4-27)有

(4-28)這種電路只采用直流電源，無需振蕩器，要求直流電源地電壓穩(wěn)定度較高，但比高穩(wěn)定度地穩(wěn)頻穩(wěn)幅交流電源易于做到。用于差動式變面積型電容傳感器時有

(4-29)第4章淚電容叮式傳房誠感器第4章揭電容推式傳受感器4.乓2.響4．運卡算放鏈大器睡電路這種冠電路群不需肥要載嬸頻和戲附加宗解調(diào)希線路殿，無輸波形第和相銷移失洽真；終輸出駱信號主只需韻要通液過低穩(wěn)通濾鬧波器古引出沸；直拜流信摩號的牢極性她取決蒜于C1和C2；對四變極怕距和箱變面批積的督電容指傳感勉器均賤可獲汽得線尿性輸匙出。走這種筒脈寬鏟調(diào)制投線路注也便聾于與市傳感遮器做擱在一騙起，撫從而環(huán)使傳尊輸誤陣差和尼干擾報大大寶減小撈。圖4.磨17為其仁電原乎理圖絹。C1為傳變感器倘電容摘，它跌跨接贈在高防增益向運算遍放大事器的改輸入流端和刑輸出醉端之區(qū)間。徐放大禿器的螺輸入且阻抗贊很高(Z守i→披∞)，因麻此可菌視作鬧理想錄運算論放大護器。好其輸歐出端閉輸出杯一與C1成反細比的菠電壓U0，即(4很-3隸0)圖4.箱17運算圖放大蘭器電駝路第4章蜜電容址式傳粥感器式中Ui為信能號源馳電壓冷，C0為固掩定電芳容，叔要求脹它們格都很晶穩(wěn)定扒。對變啄極距兔型電財容傳懲感器(C懲1＝ε0叉εr礎(chǔ)A/堵δ)，式(4斤-3燦0)可寫攏為

(4棍-3役1)

可見配用運算放大器測量電路的最大特點是克服了變極距型電容傳感器的非線性。第4章宴電容亮式傳乓感器第4章?lián)p電容既式傳鍛感器1.優(yōu)點擱：Ⅰ.溫度杰穩(wěn)定抽性好電容犧式傳森感器戰(zhàn)的電份容值使一般集與電地極材貍料無綱關(guān)，方有利蔥于選鳴擇溫僵度系侵數(shù)低釀的材擺料，孟又因瞎本身袍發(fā)熱完極小宜，影形響穩(wěn)靜定性刊甚微躍。該而電念阻傳蛋感器泉有銅栽損等敲，易溝發(fā)熱規(guī)產(chǎn)生悔零漂震。第三邪節(jié)用特點倆和應瞧用中滴存在熊的問季題4.事3.豆1特點第4章致電容腹式傳促感器Ⅱ.結(jié)構(gòu)誓簡單電容稀傳感斤器結(jié)朝構(gòu)簡聰單，茄易于貓制造用，易雀于保棍證高棋精度途，可章以做鉛得非菊常小織巧，分以實逃現(xiàn)某剝些特漁殊的博測量餐；能峰工作大在高駕溫，挺強輻單射及匯強磁沉場等載惡劣燈的環(huán)稀境中冠，可課以承導受很噸大的石溫度浸變化預，承翻受高屋壓力滑，高禾沖擊永，過士載等泛；能襯測量錯超高雀溫和膠低壓壤差，乳也能屑對帶厘磁工子作進馬行測進量。Ⅲ.動態(tài)悅響應透好電容困式傳團感器筋帶電趕極板斤間的擇靜電躁引力乎很小探（約酒幾個10－5N），夫需要濃的作序用能堤量極麻小，液又由舒于它層的可政動部拼分可賢以做款得很脾小很飾薄，竄即質(zhì)峰量很饅輕，傍因此錦其固評有頻租率很托高，喝動態(tài)偉響應度時間叉短，只能在內(nèi)幾兆Hz的頻到率下怕工作兩，特齊別適伙用于準動態(tài)冷測量魯。又蛋因其童介質(zhì)遺損耗浮小可題以用曬較高悄頻率愛供電捷，因憂此系坊統(tǒng)工昆作頻渣率高婆，可挑用于每測量鼻高速坦變化爪的參腔數(shù)。Ⅳ.可以非接觸測量，具有平均效應采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。如非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。電容式傳感器除上述優(yōu)點外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，可測極低的壓力、力和很小的加速度、位移等；可以做得很靈敏，分辨力高，能敏感0.01μm甚至更小的位移；由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)并接成電橋式時產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。第4章起電容溉式傳妨感器2.缺點Ⅰ.輸出阻抗高，負載能力差電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般為幾十到幾百皮法，其值只有幾個皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時，輸出阻抗高達108～106Ω。因此傳感器的負載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重時甚至無法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計和使用帶來極大的不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十兆歐以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周圍的環(huán)境如濕度、清潔度等。第4章浴電容戴式傳徒感器

若采用高頻供電，可降低傳感器輸出阻抗，但高頻放大、傳輸遠比低頻的復雜，且寄生電容影響大，不易保證工作十分穩(wěn)定。Ⅱ.寄生電容影響大電容式傳感器的初始電容量小，而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容（1～2m導線可達800pF）、電子線路的雜散電容以及傳感器內(nèi)極板于其周圍導體構(gòu)成的電容等所謂“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有要求。第4章全電容惡式傳膽感器

隨著材料、工藝特別是集成電子技術(shù)的發(fā)展，使電容式傳感器的優(yōu)點得到發(fā)揚，缺點不斷地得到克服。電容式傳感器正逐漸成為一種在動態(tài)、低壓及一些特殊測量方面大有發(fā)展前途的高靈敏度、高精度傳感器。4.3.2應用中存在的問題上節(jié)對各種電容傳感器的特性分析，都是在純電容的條件下進行的。這在可忽略傳感器附加損耗的一般情況下也是可行的。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應影響時，其等效電路如圖4.9所示。第4章窯電容隱式傳濁感器1.邊緣毒效應上述認分析痕各種苦電容坐式傳磨感器泄時還續(xù)忽略糊了邊層緣效論應的紅影響稀。實鄰際上友當極贊板厚慎度h與極辟距δ之比輝相對盜較大種時，蜓邊緣攪效應絕的影陣響就秩不能杏忽略柴。這叮時，倆對極候板半姥徑為r的變?nèi)蕵O距漁型電把容傳憲感器佛，其紛電容作值應竟按下闊式計親算：(4繭-3逢4)第4章源電容察式傳擾感器邊緣叮效應此不僅護使電聰容傳增感器疤的靈凈敏度礎(chǔ)降低趟，而航且產(chǎn)煩生非雞線性眉。為書了消兇除邊熊緣效映應的枯影響抱，可忘以采輩用帶哪有保慶護環(huán)夜的結(jié)尚構(gòu)，另如圖4.然20所示晨。保汁護環(huán)悶與定俱極板宿同心曬、電役氣上咱絕緣那且間渾隙越舌小越撓好，走同時棉始終板保持侍等電向位，度以保他證中督間工賴作區(qū)驗得到研均勻被的場察強分唯布，哪從而魂克服底邊緣凈效應立的影朗響。節(jié)為減戒小極控板厚影度，爽往往張不用絞整塊里金屬旬板做恢極板風，而誦用石纖英或既陶瓷貪等非亦金屬牲材料花，蒸襲涂一眾薄層版金屬澤作為收極板支。第4章貨電容蜓式傳惜感器圖4.面20帶有喘保護搜環(huán)的爆電容夫傳感鍛器原炒理結(jié)節(jié)構(gòu)第4章熄電容膝式傳旨感器2.靜電輔引力電容筑式傳朽感器拿兩極逐板間課因存抬在靜犯電場忌，而侍作用嚇有靜尺電引仍力或圣力矩貍。靜喪電引結(jié)力的硬大小蠶與極餓板間貼的工赴作電魄壓、呼介電醉常數(shù)割、極章間距忍離有逗關(guān)。漏通常嘴這種艙靜電犯引力箏很小室，但屠在采并用推東動力賀很小猛的彈壞性敏絕感元信件情羅況下支，須傭考慮偉因靜錦電引毅力造驢成的視測量辦誤差數(shù)。第4章士電容粘式傳只感器3.寄生劍電容電容星式傳訴感器廈由于斥受結(jié)宜構(gòu)與緩尺寸盲的限區(qū)制，勁其電織容量混都很笛小(幾pF到幾婚十pF略)，屬羞于小浪功率宅、高啦阻抗笛器件恥，因貪此極曠易受黨外界復干擾誼，尤騙其是期受大汪于它注幾倍狡、幾瞇十倍鈔的、撐且具咬有隨禿機性鈴的電腫纜寄就生電返容的扣干擾宴，它畫與傳繭感器匹電容帝并聯(lián)(見圖4.食19扇)，嚴貧重影貝響傳殘感器是的輸聯(lián)出特安性，宮甚至坡會無暫用信駐號而假不能剝使用群。減傘小和桿消除臭寄生與電容漆影響恭，是宴電容覺式傳火感器牽實用葬的關(guān)誰鍵。⑴．廣驅(qū)動復電纜雄法它實罵際上際是一唉種等腥電位頸屏蔽劈燕法。似如圖4.捏21所示蕉：在吩電容竭傳感室器與逼測量沖電路淘的前美置級盾之間哲采用領(lǐng)雙層繡屏蔽穩(wěn)電纜曾，并隔接入訴增益皇為1的驅(qū)眉動放書大器銅，(接線辨如圖僵示)。第4章鼠電容巾式傳迅感器這種裳接線曠法使宅內(nèi)屏標蔽與譽芯線挑等電拒位，滲消除丸芯線銹對內(nèi)煩屏蔽遮的容斃性漏承電，敗克服您寄生監(jiān)電容旨的影桿響斬；內(nèi)濃、外躁層屏穗蔽之都間的袖電容鄰變成哭了驅(qū)示動放頸大器忍的負碗載。因此肚驅(qū)動鹿放大坊器是夫一個今輸入錘阻抗資很高洋、具秀有容飲性負袍載、填放大粒倍數(shù)龍為1的同搬相放她大器密。該方墓法的布困難局是，喬要在辟很寬早的頻衫帶上嘴嚴格枝實現(xiàn)旗放大忘倍數(shù)蘇等于1，且幅輸出坊與輸?shù)讶氲那巯嘁茥顬榱忝?。為胞此有筐人提墳出，毀用運都算放劈燕大器蒙驅(qū)動已法取私代上飼述方陳法倉。圖4.警21驅(qū)動艘電纜浸法原圍理圖⑵.整體屏蔽法例如差動電容傳感器Cx1、Cx2配用電橋測量電路如圖4.22所示；U為電源電壓，K為不平衡電橋的指示放大器。所謂整體屏蔽是將整個電橋(包括電源、電纜等)統(tǒng)一屏蔽起來；其關(guān)鍵在于正確選取接地點。本例中接地點選在兩平衡電阻R3、R4橋臂中間，與整體屏蔽共地。圖4.斯22整體斤屏蔽松法原告理圖第4章施電容丙式傳面感器傳感器公用極板與屏蔽之間的寄生電容C1同測量放大器的輸入阻抗相并聯(lián)，可將C1歸算到放大器的輸入電容中去。由于測量放大器的輸入阻抗應具有極大的值，C1的并聯(lián)也是不希望的,但它只是影響靈敏度而已。另兩個寄生電容C3及C4是并在橋臂R3及R4上，這會影響電橋的初始平衡及總體靈敏度，但并不妨礙電橋的正確工作。因此寄生參數(shù)對傳感器電容的影響基本上被消除。整體

屏蔽法是一種較好的方法；但將使總體結(jié)構(gòu)復雜化。⑶.采用組合式與集成技術(shù)

一種方法是將測量電路的前置級或全部裝在緊靠傳感器處，縮短電纜；另一種方法是采用超小型大規(guī)模集成電路，將全部測量電路組合在傳感器殼體內(nèi)；第4章各電容裝式傳康感器更進一步就是利用集成工藝，將傳感器與調(diào)理等電路集成于同一芯片，構(gòu)成集成電容式傳感器。4.溫度影響環(huán)境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對被測輸入量的單值函數(shù)關(guān)系，從而引入溫度干擾誤差。這種影響主要有以下兩個方面：⑴.溫度對結(jié)構(gòu)尺寸的影響

電容傳感器由于極間隙很小而對結(jié)構(gòu)尺寸的變化特別敏感。在傳感器各零件材料線脹系數(shù)不匹配的情況下，溫度變化將導致極間隙較大的相對變化，從而產(chǎn)生很大的溫度誤差。第4章原電容疊式傳質(zhì)感器第4章作電容滲式傳電感器在設(shè)閣計電建容式丸傳感多器時珍，適旋當選魯擇材關(guān)料及輪有關(guān)堵結(jié)構(gòu)皮參數(shù)賊，可擺以滿岡足溫路度誤睜差補揭償要熟求。例⑵.溫度更對介河質(zhì)的楊影響溫度鞭對介疤電常叔數(shù)的斷影響澡隨介套質(zhì)不宏同而透異，擱空氣定及云希母的睡介電粥常數(shù)惹溫度只系數(shù)姥近似幟為零嫁；而慈某些站液體絨介質(zhì)粒，如瞎硅油著、蓖極麻油屬、煤娃油等散，其灣介電擠常數(shù)司的溫矩度系歲數(shù)較鋒大。窮例如喝煤油肢的介趁電常猴數(shù)的刊溫度譜系數(shù)暫可達0.幣07殲%/悉℃；若庸環(huán)境虧溫度昌變化±5丘0℃，則待將帶賊來7%的溫張度誤獅差，手故采鑄用此暢類介鏈質(zhì)時貴必須跌注意偵溫度哄變化冒造成史的誤平差。第四節(jié)電容式傳感器及其應用第4章京電容佳式傳腹感器隨著很電容抱式傳司感器封應用菠問題我的完忠善解每決，販它的枕應用優(yōu)點十分襯明顯高：(1日)分辨變力極著高，能測麗量低央達10-7的電嶄容值0.伯01叢μm的絕槽對變剛化量扮和高福達(Δ斗C/畏C＝10捏0%～20奴0%的相津?qū)ψ內(nèi)驶繗q，因混此尤變適合已微信政息檢寄測；(2何)動極違質(zhì)量忽小，歪可無刷接觸敢測量進；自櫻身的惰功耗疑、發(fā)膝熱和例遲滯劑極小頭，可航獲得攻高的亡靜態(tài)揮精度例和好饑的動幼態(tài)特扭性；(3彼)結(jié)構(gòu)柔簡單章，不導含有議機材碗料或鍵磁性葉材料購，對凈環(huán)境(除高改濕外)的適柿應性型較強；(4抵)過載行能力末強。4.4.1電容式位移傳感器

圖4.28所示為一種變面積型電容式位移傳感器。它采用差動式結(jié)構(gòu)、圓柱形電極，與測桿相連的動電極隨被測位移而軸向移動，從而改變活動電極與兩個固定電極之間的覆蓋面積，使電容發(fā)生變化。它用于接觸式測量，電容與位移呈線性關(guān)系。

第4章犧電容乎式傳預感器圖4.缺28電容鍛式位臉移傳鄭感器1-測桿賭；2-開槽姿簧片特；3-固定懇電極降；4-活動慚電極4.4.2電容式加速度傳感器圖4.漠29電容嶺式撓乳性加池速度剃傳感建器第4章膀電容年式傳季感器第4章鹿電容葉式傳額感器圖4.蜂29所示文為電宿容式粒傳感卷器及緞由其奸構(gòu)成哄的力街平衡挪式撓潑性加李速度營計。巖敏感超加速湊度的蘭質(zhì)量唱組件則由石就英動陷極板桃及力廊發(fā)生堂器線仗圈組剖成；朱并由刪石英凡撓性產(chǎn)梁彈授性支尺承，陵其穩(wěn)駝定性撐極高廉。固疑定于影殼體凡的兩繳個石釘英定釣極板蟻與動榴極板侵構(gòu)成夸差動閘結(jié)構(gòu)班；兩鼻極面吃均鍍陶金屬慮膜形掌成電顫極。土由兩厚組對揀稱E形磁鼻路與識線圈釀構(gòu)成寒的永挪磁動罪圈式串力發(fā)法生器肝，互容為推火挽結(jié)所構(gòu)，頭這大幫大提沉高了庭磁路衡的利安用率漿和抗何干擾章性。臣工歸作時互，質(zhì)賄量組痕件敏色感被漸測加妖速度堂，使螞電容戶傳感菊器產(chǎn)紗生相扭應輸婚出，降經(jīng)測探量(伺服)電路宅轉(zhuǎn)換親成比海例電喊流輸膠入力倒發(fā)生砍