電容式傳感器簡介

電容式傳感器的簡介及應用引言：電容式傳感器是將被測非電量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器。它結構簡單，體積小，分辨率高，可非接觸式測量，并能在高溫、輻射和強烈震動等惡劣條件下工作。廣泛應用于壓力、差壓、液位、振動、位移、加速度、成分含量等多方面測量。隨著電容式測量技術的迅速發(fā)展，電容式傳感器在非電量測量和自動檢測中得到了廣泛的應用。一? 電容式傳感器(capacitivetypetransducer)簡介：把被測的機械量，如位移、壓力等轉換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質的電容器。若忽略邊緣效應，平板電容器的電容為￡A/6，式中￡為極間介質的介電常數(shù)，A為兩電極互相覆蓋的有效面積,6為兩電極之間的距離。6、A、￡三個參數(shù)中任一個的變化都將引起電容量變化，并可用于測量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質變化型三類。極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動等引起的極距變化。面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移。介質變化型常用于物位測量和各種介質的溫度、密度、濕度的測定。二?電容式傳感器的分類：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。1.變極距型電容式傳感器：一個電極板固定不變，稱為固定極板，另一極板間距離d響應變化，從而引起電容量的變化。因此，只要測出電容量的變化量/C,便可測得極板間距變化量，即動極板的位移量/d。變極距電容傳感器的初始電容Co可由下式表達，即“貢式中：￡——真空介電常數(shù)（8.85X10-12F/m）A 極板面積（m2）do 極板間距初始距離（m）傳感器的這種變化關系呈非線性為改善這種情況，可采用差動變極距式電容傳感器，這種傳感器的結構，。它有三個極板，其中兩個固定不動，只有中間極板可產(chǎn)生移動。當中間活動極板處于平衡位置時，即d1=d2=do，則C1=C2=Co,如果活動極板向右移動/d,則d1=do-/d,d2=do+/d,采用上述相同的近似線性處理方法，可得傳感器電容總的相對變化。2.其中一個為固定極板，另一個為2.其中一個為固定極板，另一個為可動極板，兩極板均成半圓形。假定極板間的介質不變（即電介質常數(shù)不變），當兩極板完全重疊時，其電容量為Co=/A/d當動極板繞軸轉動一個a角時，兩極板的對應面積要減小/A,則傳感器的電容量就要減小/C。如果我們把這種電容量的變化通過諧振電路或其它回路方法檢測出來，就實現(xiàn)了角位移轉換為電量的電測變換。電容式位移傳感器的位移測量范圍在1um—10mm之間，變極距式電容傳感器的測量精度約為2%。變面積式電

容傳感器的測量精度較高，其分辨率可達0.3um。變介電常數(shù)型電容式傳感器：被測液體的液面在電容式傳感器元件的兩同心圓柱型電極間變化時，引起極化，導致電容的改變。若厚度d保持不變，介電常數(shù)sr化，導致電容的改變。若厚度d保持不變，介電常數(shù)sr改變如濕度變化），可做成濕度傳感器；若sr不變，可做成測厚傳感器。三．電容式傳感器的特點優(yōu)點：1、溫度穩(wěn)定性好：自身發(fā)熱極小，電容值與電極材料無關，有利于選擇溫度系數(shù)低材料。如電極的支架選用陶瓷材料，電極材料選用鐵鎳合金，近年來又采用在陶瓷或石英上進行噴鍍金或銀的工藝。2、結構簡單,適應性強：可以做的非常小巧。能在高溫，低溫，強輻射，強磁場等惡劣環(huán)境中工作。3、動態(tài)響應好：可動部分可以做的很輕，很薄，固有頻率能做的很高。動態(tài)響應好。可測量振動、瞬時壓力等。4、可以實現(xiàn)非接觸測量,具有平均效應：非接觸測量回轉工件的偏心、振動等參數(shù)時，由于電容具有平均效應，可以減小表面粗糙度對測量的影響。5、耗能低缺點：1、輸出阻抗高，負載能力差：電容值一般為幾十到幾百皮法，輸出阻抗很大，易受外界的干擾，對絕緣部分的要求較高（幾十兆歐以上）。2、寄生電容影響大：由于電容傳感器的初始電容值一般較小，而連接傳感器的引線電纜電容（l~2m導線可達到800pF）,電子線路雜散電容以及周圍導體的“寄生電容”卻較大。這些電容一般是隨機變化的，將使儀器工作不穩(wěn)定，影響測量精度。因此，在設計和制作時要采取必要的有效的措施減小寄生電容的影響。

四。電容式傳感器的應用1.容式加速度傳感器這里有兩個固定極板，極板中間有一用彈簧支撐的質量塊此質量塊的兩個端面經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板。當傳感器測量垂直方向上的直線加速度時，質量塊在絕對空間中相對靜止，而兩個固定電極將相對質量塊產(chǎn)生位移，此位移大小正比于被測加速度，使c1，c2中一個增大，一個減小。2.電容式壓力傳感器將測量膜片與電容極板之間的電容差經(jīng)振蕩器振蕩、調制解調、放大器放大電壓電流轉換成標準信號。用于氣體、液體、蒸氣壓力的測量。當前技術水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展，今后，隨著CAD技術、MEMS技術、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學技術呈輻射狀廣