《传感器技术及应用》课程PPT教学课件（讲稿）第五章 电容传感器（1/2）第一节 电容式传感器的工作原理及结构形式 第二节 电容式传感器的测量转换电路 第三节 电容式传感器的应用

第五章 电容传感器 本章学习电容传感器的原理 及应用，还涉及压力、液位及流 量的测量方法。 2024/5/16

2024/5/16 1 第五章 电容传感器 本章学习电容传感器的原理 及应用，还涉及压力、液位及流 量的测量方法

第一节 电容式传感器的工作原理 及结构形式 电容传感器的基本理想公式为 C= 8A E0E,.A d 上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪 几种类型的电容传感器？ 2024/5/16

2024/5/16 2 第一节 电容式传感器的工作原理 及结构形式 上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪 几种类型的电容传感器？ 0 A r A C d d    = = 电容传感器的基本理想公式为

C= 8A e08,A d d 改变A、d￡三个参量中的任意一个量，均可使 平板电容的电容量C改变。 固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电 容传感器。 2024/5/16 3

2024/5/16 3 改变A、d、 三个参量中的任意一个量，均可使 平板电容的电容量C 改变。 固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电 容传感器。 0 A r A C d d    = =

变面积式电容传感器 2R b) 图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动， 称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。 图b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒 在外圆筒内作上、下直线运动。 图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带动而 旋转一个角位移0度时，两极板的遮盖面积就减小，因而电 024/5/16 容量也随之减小

2024/5/16 4 一、变面积式电容传感器 图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动， 称为动极板。极板2固定不动，称为定极板。 图b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒 在外圆筒内作上、下直线运动。 图c是一个角位移式的结构。极板2的轴由被测物体带动而 旋转一个角位移 度时，两极板的遮盖面积A就减小，因而电 容量也随之减小

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。 Cmax Cmin Amax 2024/5/16 5

2024/5/16 5 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

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。 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。 2024/15/16 6

2024/5/16 6 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。 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

变极距式电容传感器的特性曲线 △C1 AC2 O△d △d2 b) a) 结构示意图b) 电容量与极板距离的关系 1一定极板2动极板 从图中可以看到，为了提高灵敏度，应使当d小 些还是大些？当变极距式电容传感器的初始极距，较 小时，它的测量范围变大还是变小？ 2024/5/16

2024/5/16 7 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？ a） 结构示意图 b）电容量与极板距离的关系 1—定极板 2—动极板

三、变介电常数式 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5-1几种介质的相对介电常数 介质名称 相对介电常数6 介质名称 相对介电常数5 真空 1 玻璃釉 3-5 空气 略大于1 SiOz 38 其他气体 1-1.2① 云母 5-8 变压器油 2-4 干的纸 2-4 硅油 23.5 干的谷物 35 聚丙烯 2-2.2 环氧脂 3-10 聚苯乙烯 2.4-2.6 高切陶瓷 10-160 四氟乙烯 2.0 低频陶瓷、压电陶瓷 1000-10000 聚偏二氟乙桥 3-5 纯净的水 80 202415/16 8

2024/5/16 8 三、变介电常数式 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5-1 几种介质的相对介电常数

变介电常数式电容传感器的用途 根据表5-1，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？ 2024/5/16 9

2024/5/16 9 变介电常数式电容传感器的用途 根据表5-1，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？

四、差动武电容传感器 a)差动变极距式 b)差动变面积式 1一动极板 2一定极板 差动电容传感器的灵 敏度提高近一倍，线性也 得到改善。外界的影响诸 如温度、激励源电压、频 L0+△x. L0△x 率变化等也基本能相互抵 消。电容传感器的非线性 误差还可以进一步用计算 机来计算修正

四、差动式电容传感器 a）差动变极距式 b）差动变面积式 1－动极板 2－定极板 差动电容传感器的灵 敏度提高近一倍，线性也 得到改善。外界的影响诸 如温度、激励源电压、频 率变化等也基本能相互抵 消。电容传感器的非线性 误差还可以进一步用计算 机来计算修正