《传感器与检测技术》课程PPT教学课件（讲稿）第4章 电容式传感器

第4章电容式传感器 2021/2/6

2021/2/6 1 第4章 电容式传感器

引言 ■电容式传感器是将被测非电量的变化转 化为电容变化量的一种传感器。 ■结构简单、分辨力高、可非接触测量 并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条 件下工作 n很有发展前途的传感器。 2021/2/6

2021/2/6 2 引言 ◼ 电容式传感器是将被测非电量的变化转 化为电容变化量的一种传感器。 ◼ 结构简单、分辨力高、可非接触测量， 并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条 件下工作 。 ◼ 很有发展前途的传感器

41电容式传感器工作原理 n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 8 保持其中两个参数不变,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 电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面 积式和变介质式3种类型。 2021/2/6

2021/2/6 3 4.1电容式传感器工作原理 ◼ 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 ◼ 保持其中两个参数不变，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。 ◼ 电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面 积式和变介质式3种类型。 d S d S C r 0    = =

41变面积式电容传感器 面积变化式电容传感器在工作时的极距、 介质等保持不变,被测量的变化使其有 效作用面积发生改变。 变面积式电容传感器的两个极板中, 个是固定不动的,称为定极板,另一个 是可移动的,称为动极板。 2021/2/6

2021/2/6 4 4.1 变面积式电容传感器 ◼ 面积变化式电容传感器在工作时的极距、 介质等保持不变，被测量的变化使其有 效作用面积发生改变。 ◼ 变面积式电容传感器的两个极板中，一 个是固定不动的，称为定极板，另一个 是可移动的，称为动极板

面积变化型电容传感器原理 1.直线位移型 定极板 电极引线 △X 动极板 2021/2/6 5

2021/2/6 5 面积变化型电容传感器原理 1. 直线位移型

面积变化型电容传感器原理 2.角位移型 定极板 动极板 动极板 定极板 (a)结构图 (b)俯视图 图4-3角位移型 2021/2/6

2021/2/6 6 面积变化型电容传感器原理 2. 角位移型

面积变化型电容传感器原理 3.圆筒型 D D2 定极板 △X 动极板 2021/2/6

2021/2/6 7 面积变化型电容传感器原理 3. 圆筒型

412变极距式电容传感器 当改变电容器两极板间的距离时,电 容器的电容也会发生变化。 定极板当动极板从初始位移动Δd后,即d=do-△d,其电容量为 1+ e===4d0 dn-△d 凸a 「当△d<<d时 动极板 则 (1+ 2021/2/6

2021/2/6 8 4.1.2 变极距式电容传感器 当改变电容器两极板间的距离时，电 容器的电容也会发生变化

(a)为平板形位移电容传感器。 设两个相同极板的长为b,宽为a,极板 间距离为d,当动极板移动x后,电容Cx 也随之改变。 fla-Axb sab EAxb △C 电容的相对变化量和灵敏度为 △C△ △CEb K 2021/2/6

2021/2/6 9 （a）为平板形位移电容传感器。 ◼ 设两个相同极板的长为b，宽为a，极板 间距离为d，当动极板移动x后，电容Cx 也随之改变。 ◼ 电容的相对变化量和灵敏度为 ◼ ◼ 0 ( ) x a x b ab xb C C C d d d      = = =  - - - 0 C x C a   = C b K x d   = = − 

差动结构形式 ■提高测量精度,减少动极板与定极板之 间的相对极距可能变化而引起的测量误 差 定极板 ) 动极板 C2 定极板 2021/2/6 10

2021/2/6 10 差动结构形式 ◼ 提高测量精度 ，减少动极板与定极板之 间的相对极距可能变化而引起的测量误 差