上海交通大学：《检测技术基础 Fundamentals of Test & Measurement Technology》课程教学资源_检测技术B_4.1.1位移检测技术-电容传感器

三、电容传感器 原理：被测量电容变化 εA 平板电容器的电容量： C δ 特点：结构简单，分辨力高，非接触 应用：可在高温、辐射、振动等条件下工作 1)电容传感器原理、结构与特性 定极板 a)变极距型电容传感器 初始电容量：C。 εA 动极板 极距变化：δ。-δ。-△8 电容增大： sA 1 C=Co+△C= δ，-Aδ C 1-△δ/δ0

平板电容器的电容量： 原理：被测量 --- 电容变化 δ ε = A C 特点：结构简单，分辨力高，非接触 应用：可在高温、辐射、振动等条件下工作 1）电容传感器原理、结构与特性 a) 变极距型电容传感器 初始电容量： 0 0 δ ε = A C 极距变化：δ 0 --- δ 0 – Δδ 电容增大： 0 0 0 0 /1 1 δδΔ− = δΔ−δ ε =Δ+= C A CCC 三、电容传感器

变极距型电容传感器的输出特性是非线性 的，只有当测量范围很小时（△≤δ）， 才近似线性的 。 灵敏度与初始极距的平方成反比 ·分辨力极高：可测0.01μm的直线位移 ·常采用差分结构 61 62

• 变极距型电容传感器的输出特性是非线性 的，只有当测量范围很小时(△δ δ0)， 才近似线性的 • 灵敏度与初始极距的平方成反比 • 分辨力极高：可测0.01μm的直线位移 • 常采用差分结构 δ1 δ2 

b)变面积型电容传感器 电容： 动极板 固定极板 60 C=C,-4C=8 (L-△)b 相对变化： △C△I 灵敏度：K △C △I 结论： (1)传感器输出为线性； (2)灵敏度与初始极距成反比： 减小极距-提高灵敏度， 3)保持极距不变：中间移动式； (4)差动结构：提高灵敏度

b) 变面积型电容传感器 电容： 相对变化： 结论: 0 0 0 0 )( δ ε − Δ =Δ−= bll CCC 0 0l l C C Δ = Δ 灵敏度： 0 0 0 0 δ ε == Δ Δ = b l C l C K (1)传感器输出为线性； (2)灵敏度与初始极距成反比： 减小极距 ---提高灵敏度 ， (3)保持极距不变：中间移动式； (4)差动结构：提高灵敏度

差动结构 B A A C B (a)扇形平板结构； (b)柱面板结构

差动结构 (a)扇形平板结构； (b)柱面板结构

差动式梳齿形容栅传感器 动极板 定极板

差动式梳齿形容栅传感器

多级片型容栅传感器 动尺一系列发射电极片，宽度间隔 定尺-一系列接收电极片，宽度间隔均为4 相对移动--电容周期变化--脉冲信号 多个差动式变面积型电容传感器的并联

多级片型容栅传感器 动尺---一系列发射电极片，宽度间隔 l0 定尺---一系列接收电极片，宽度间隔均为 4 l0 相对移动---电容周期变化---脉冲信号 多个差动式变面积型电容传感器的并联

多级片型容栅传感器 动尺 2定尺 4 1动尺 VVVV K VV VsVI 1 2定尺 输出

多级片型容栅传感器

容栅式传感器 特点： 量程大-长定尺，150mm,300mm 精度高--误差平均效应 应用： 测量位移-数显卡尺，分辨力0.01mm

容栅式传感器 特点： 量程大---长定尺，150mm, 300mm 精度高---误差平均效应 应用： 测量位移---数显卡尺，分辨力0.01mm

c)变介质型电容传感器 电容： &A C 6 插入式：C=C,+C2= 8o8b(-l)+￡o8,b,1 00 b[En。+(e,2-e1川 应用：测量厚度 液位或散料物位测量

电容： 插入式： 应用：测量厚度 液位或散料物位测量 δ ε = A C ])([ )( 1201 0 00 0 020 0 0010 21 l l b lbllb CCC r rr r ε−ε+ε δ ε = δ εε + δ −εε =+= c) 变介质型电容传感器

王 物料为非导电性液体

l 物料为非导电性液体