浙江大学：《自动检测技术》课程授课教案（PPT课件）第4章 电容式传感器

第4章电容式传感器

第4章 电容式传感器

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 本章内容 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 4.3 电容式传感器的特点和设计要点 4 电容式传感器测量电路 电容式传感器应用 容栅式传感器 2

—传感器与检测技术— 2 本章内容 电容式传感器主要性能 4.1 电容式传感器的工作原理 4.2 4.3 电容式传感器的特点和设计要点 4.4 电容式传感器测量电路 4.5 电容式传感器应用 4.6 容栅式传感器 本章内容

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.1电容式传感器的工作原理 4.1.1 ●工作原理 4.1.2 类型 ● 3

—传感器与检测技术— 3 7.5 光栅传感器 4.1.1 • 工作原理 4.1.2 • 类型 4.1 电容式传感器的工作原理

洲沪大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.1.1工作原理 1.圆筒形电容器 对于圆筒形电容器，其 电容量为 2π68,1 R (a)圆筒形电容器 为圆筒长度；R为外筒内半径；为内 1-定极板；2-动极板 筒外半径 4

—传感器与检测技术— 4.1.1 工作原理 1-定极板；2-动极板 对于圆筒形电容器，其 电容量为 r R l C r ln 2 0    = l为圆筒长度；R为外筒内半径；r为内 筒外半径 1.圆筒形电容器 4

浙沪大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.1.1 工作原理 2.平板形电容器 对于平板形电容器，当忽略 该电容器的边缘效应时，其电 容量C为 >> _8,60A d d A为极板相对覆盖面积(m2); d为极板间的距离(m) (b)平板形电容器 6,为介质的相对介电常数 ￡0为真空的介电常数 ∈为电容极板间介质的介电常数 5

—传感器与检测技术— 5 0 A r A C d d    = = 4.1.1 工作原理 2.平板形电容器 A为极板相对覆盖面积（m2）； d为极板间的距离（m） r  为介质的相对介电常数 为真空的介电常数 ε为电容极板间介质的介电常数 0  0 A r A C d d    = = 对于平板形电容器，当忽略 该电容器的边缘效应时，其电 容量C为 A为极板相对覆盖面积（m2）； d为极板间的距离（m） 为介质的相对介电常数 为真空的介电常数

浙江大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.1.2类型 (a) (b) (c) (d e (h) 三种类型：变极距()型：(a、(e) 变面积型(S)型：(b)、(c、(d)、(①、(g)、(h) 变介电常数()型：()~① 6

—传感器与检测技术— 6 4.1.2 类型 三种类型：变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g)、(h) 变介电常数(ε )型: （i）～(l)

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.2电容式传感器主要性能 4.1.1 变极距式 4.1.2 ·变面积式 4.1.3 变介电常数式 7

—传感器与检测技术— 7 4.2 电容式传感器主要性能 4.1.1 • 变极距式 4.1.2 • 变面积式 4.1.3 • 变介电常数式

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.2.1变极距式 初始电容量为 C=5A do 极距缩小△d, 则C=C。+AC=,A =Co d。-△d △d △d do C。1-d o C与Ad C d。 为非线性关系 △C△d 朵用差动 由于△d<1 可略去高次项， 可得 d 式改善其 △C 非线性 C84 灵敏度 K。 △d 8

—传感器与检测技术— 8 4.2.1 变极距式 0 0 A C d  =              − = −  = +  = 0 0 0 0 0 1 1 d d C d d A C C C  0 0 0 1 d d d d C C  −  =  234 0 0 0 0 0 0 1 C d d d d d C d d d d d               = + + + + +                   0 d0 d C C  与 初始电容量为 极距缩小Δd，则   d 1 0 0 C d C d    为非线性关系 由于 可略去高次项，可得 0 0 2 0 0 c C C A K d d d   = = = 灵敏度  采用差动 式改善其 非线性

浙严大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.2.1变极距式 C,电容量增加 C2电容量增加 △ d d-Md 总的电容变化量 AC=C-C2=Co n△d +2 △d △d d,+Ad d d +2 △C△d ≈2 C d 差动式的灵敏度： Kc=2 d 差动式电容检测提高了灵敏度，线性特性明显改善。 9

—传感器与检测技术— 9 4.2.1 变极距式 234 1 0 0 0 0 0 1 d d d d C C d d d d             = + + + + +                   2 3 4 2 0 0 0 0 0 1 d d d d C C d d d d             = − + − + −                   3 5 1 2 0 0 0 0 2 2 2 d d d C C C C d d d           = − = + + +               0 0 2 C d C d    2 0 0 2 d A KC  差动式的灵敏度： = 差动式电容检测提高了灵敏度，线性特性明显改善。 C1电容量增加 C2电容量增加 总的电容变化量

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 4.2.2变面积式 两极板相对有效面积改变△A 会导致电容器的电容量的变 △C=△A do 化△C △C8 △A do 口说明变面积式电容传 感器的输入输出关系 在理论上是线性的 10

—传感器与检测技术— 10 4.2.2 变面积式 0 C A d   =  0 c C K A d   = =   说明变面积式电容传 感器的输入输出关系 在理论上是线性的 两极板相对有效面积改变ΔA 会导致电容器的电容量的变 化ΔC