《机械工程测试技术》课程PPT教学课件（传感器与检测技术）电容式传感器

子W$M丛1949MIHEZIUNIVERST电容式传感器本章学习电容传感器的原理及应用，还涉及压力、位移的测量方法2025/6/24

2025/6/24 1 电容式传感器 本章学习电容传感器的原理及 应用，还涉及压力、位移的测量方法

子$MM1949工作原理HEZIUNIVERSITY电容式传感器将被测非电量的变化转换为电容量变化■平板电容器的电容C=εS/d式中Eo一真空的介电常数，（Eo=8.854×10-12F/m）：=%6,S/dS一极板的遮盖面积（m2)：8一极板间介质的相对介电系数，在空气中，E=1：d一两平行极板间的距离（m）。■根据被测参数的变化分：变极距型电容传感器（d)变面积型电容传感器(S)变介质型电容传感器()2025/6/24

2025/6/24 2 工作原理 ◼ 电容式传感器——将被测非电量的变 化转换为电容量变化。 ◼ 平板电容器的电容 式中ε0—真空的介电常数，(ε0=8.854×10-12F/m）； S—极板的遮盖面积（m2)； ε—极板间介质的相对介电系数，在空气中，ε=1； d—两平行极板间的距离（m）。 ◼ 根据被测参数的变化分： ◼ 变极距型电容传感器(d) ◼ 变面积型电容传感器(S) ◼ 变介质型电容传感器(ε)  S d C S d =  / 0 / =   r S d

子福MM1949、变面积型电容传感器MIHEZLUNIVERSTY变面积型电容传感器变面积型电容传感器变面积型电容传感器1固定极板2动极板1固定极板2动极板1固定极板2动极板△cAx角位移型电容式传感器。圆柱线位移型电容式当覆盖面积对应的中心角传感器aCo为a、极板半径为时，覆盖面积为S=ar2/2，平面线位移型电容式传感器32025/6/24

2025/6/24 3 一、变面积型电容传感器 a x c c  =  0 角位移型电容式传感器。 当覆盖面积对应的中心角 为a、极板半径为r时，覆 盖面积为 s=ar2 平面线位移型电容式传感器 /2， 圆柱线位移型电容式 传感器

子W福MM1949变面积式电容传感器的特性7MIHEZIUNIVERSTY变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。■试画出变面积式电容传感器的输出特性曲线！2025/6/24

2025/6/24 4 变面积式电容传感器的特性 ◼ 变面积式电容传感器的输出特性是线性的， 灵敏度是常数。这一类传感器多用于检测直 线位移、角位移、尺寸等参量。 ◼ 试画出变面积式电容传感器的输出特性曲线！

子福人丛1949二、变极距式电容传感器TIHEZIUNIVERSITY当动极板受被测物体作用引起位移时，改变了两极板之间的距离d，从而使电容量发生变化。LD注：实际使用时，总是使初始极距d.尽量小些，以提高灵敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点2025/6/24

2025/6/24 5 二、变极距式电容传感器 当动极板受被测物体作用引起位移时， 改变了两极板之间的距离d，从而使电容量 发生变化。 注:实际使用时，总是使初始极距d0尽量小些，以提高灵 敏度，但这也带来了变极距式电容器的行程较小的缺点 1 1 1 2 2 2 3 d d d d

子福MM1949SHIELUIVERT变极距式电容传感器的特性曲线CAC1△C2a0AdiAd2db)从图中可以看到，为了提高灵敏度，应1使当do小些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距do较小时，它的测量范围变大还是变小？极距变化型电容器62025/6/24

2025/6/24 6 变极距式电容传感器的特性曲线 从图中可以看到，为了提高灵敏度，应 使当d0小些还是大些？当变极距式电 容传感器的初始极距d0较小时，它的 测量范围变大还是变小？

子山$MM1949三、变介电常数式电容传感器SNINEZIUNIVERSTY因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。表几种介质的相对介电常数介质名称介质名称相对介电常数5相对介电常数5真空玻璃釉13~5空气略大于1SiO238云母其他气体1-1.205~8干的纸2~4变压器油2~4硅油干的谷物2~3.53~5聚丙烯3102~2.2环氧树脂聚苯乙烯2.4~2.6高频陶瓷10-160聚四之烯2.0低频陶瓷、压电陶瓷1000-100003~5聚偏一氟乙烯纯净的水8072025/6/24

2025/6/24 7 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极 板间插入不同介质时，电容器的电容量也就不同。 三、变介电常数式电容传感器 表 几种介质的相对介电常数

子W福M丛1949变介电常数式电容传感器的用途SMIELUIVERT根据前面的表，分析不同介质对变介电常数电容器的影响。在电容器两极板间插入干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容量大？可以用于测量什么非电量？82025/6/24

2025/6/24 8 变介电常数式电容传感器的用途 根据前面的表，分析不同介质对变介电 常数电容器的影响。在电容器两极板间插入 干的纸和潮湿的纸时，哪一种情况下的电容 量大？可以用于测量什么非电量？

子福M丛1949变介电常数式电容传感器MIHEZIUNIVERSITY变介电常数型传感器原理图可用来测量物位或液位,也可以测量位移.如含水的被测物（例如饲料、谷物等的物位）。2025/6/24

2025/6/24 9 变介电常数式电容传感器 可用来测量物位或液位,也可以测量位 移.如含水的被测物（例如饲料、谷物 等的物位）

(c)(d)ea(g)(h)(k)(0)n0(a)、(e)变极距(d)型：(h)变面积型(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)变介电常数（ε）)型：（i）～(1)102025/6/24

2025/6/24 10 变极距(d)型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数(ε )型: （i）～(l)