《传感器原理及应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 电容式传感器

第四章电容式传感器 5.1工作原理与类型 52转换电路 53性能、特点及设计要点 54电容传感器应用 55电容式集成传感器

第四章电容式传感器 5.1 工作原理与类型 5.2 转换电路 5.3 性能、特点及设计要点 5.4电容传感器应用 5.5 电容式集成传感器

第一节工作原理和类型 定义:将被测非电量的变化转换为电容量变化的 传感器。 应用:位移、加速度、液位、振动及湿度

第一节 工作原理和类型 定义：将被测非电量的变化转换为电容量变化的 传感器。 应用：位移、加速度、液位、振动及湿度

原理式 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应,其电容量为 C、ES 式中:ε电容极板间介质的介电常数,e=8·,其中E为真空 介电常数,c为极板间介质相对介电常数 S—两平行板所覆盖的面积 两平行板之间的距离

由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为 一、原理式 r 0 S S C      = = 式中: ε——电容极板间介质的介电常数, ε =ε0·εr , 其中ε0为真空 介电常数, εr为极板间介质相对介电常数; S——两平行板所覆盖的面积;  ——两平行板之间的距离

当被测参数变化使得式中的S,ε或δ发生变 化时,电容量C也随之变化。如果保持其中两个 参数不变,而仅改变其中一个参数,就可把该参 数的变化转换为电容量的变化,通过测量电路就 可转换为电量输出。因此,电容式传感器可分为 变极距型、变面积型和变介质型三种类型

当被测参数变化使得式中的S, ε或 发生变 化时, 电容量C也随之变化。如果保持其中两个 参数不变, 而仅改变其中一个参数, 就可把该参 数的变化转换为电容量的变化, 通过测量电路就 可转换为电量输出。因此, 电容式传感器可分为 变极距型、变面积型和变介质型三种类型。 

类型变极距(间距)型电容传感器 当传感器的8和S为常数,初始板距为时,可知其初 始电容量C0为

二、 类型变极距（间距）型电容传感器 当传感器的ε和S为常数, 初始极距为 时, 可知其初 始电容量C0为  0 S C   =

若电容器极板间距δ因被测量变化而变化△⑧ 时,则有 es s ES△6 △ △C= 6-△dδδ-△δ -△ 原理非线性,实际中作成差动式来改变其非线性 一般变极板间距离电容式传感器的起始电 容在20~100pF之间,极板间距离在25~200μum 的范围内,最大位移应小于间距的1/10,故在微 位移测量中应用最广

若电容器极板间距 因被测量变化而变化 时，则有 0 S S S C C                 = − = = −  −  −    原理非线性，实际中作成差动式来改变其非线性 一般变极板间距离电容式传感器的起始电 容在 20～100pF之间, 极板间距离在25～200μm 的范围内, 最大位移应小于间距的1/10, 故在微 位移测量中应用最广

2.变面积型电容式传感器 圆柱形电容器的电容量2l In(r/r) 当两圆筒相对移动M时,电容变化量为 △C= 276127E(l-△) 2兀El △Z In(r/r) 具有良好线性

2. 变面积型电容式传感器 圆柱形电容器的电容量 2 1 2 ln( / ) l C r r  = 当两圆筒相对移动 l 时，电容变化量为 2 1 2 1 2 2 ( ) ln( / ) ln( / ) l l l C r r r r   −   = − 2 1 2 ln( / ) l r r  = 0 l C l  = 具有良好线性

3变介电常数型电容式传感器 变介质型电容传感器有较多的结构型式,可以 用来测量纸张#,绝缘薄膜等的厚度,也可用来测量 粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿 度

变介质型电容传感器有较多的结构型式, 可以 用来测量纸张#, 绝缘薄膜等的厚度, 也可用来测量 粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿 度。 3. 变介电常数型电容式传感器

3变介电常数型电容式传感器 根据各种介质的介电常数不同,检测液面高度 D 同心圆柱状极板,插入液体 深度h,两极板间构成电容 式传感器(并联) c=ciCv 2rc,h 2TE(H-h D D n

3. 变介电常数型电容式传感器 根据各种介质的介电常数不同，检测液面高度 同心圆柱状极板，插入液体 深度h，两极板间构成电容 式传感器（并联） 1 2 c c c = + 1 2 2 ( ) ln ln h H h D D d d   − = +

2a, 2nh(G-8) D 2(E-8).h co 此变换器的电容增量正比于被测液位高度h

d D h d D H ln 2 ( ) ln 2 1     − = + d D h c ln 2 ( ) 1 0 −  = +    此变换器的电容增量正比于被测液位高度h