《传感器与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第4章电容式传感器

4.1 电容式传感器的工作原理 4.2 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 4.4 电容式传感器等效电路 4.5 电容式传感器测量电路 4.6 电容式传感器的应用

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第4章电容式传感器将被测量的变化转换为电容量的变化。优点：结构简单，体积小，分辨率高，具有平均效应，测量精度高，可实现非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等条件下工作。应用：可测压力、压差、液位、振动、位移加速度、成分含量等。返回上一页下一页

第4章电容式传感器返回上一页下一页将被测量的变化转换为电容量的变化。优点：结构简单，体积小，分辨率高，具有平均效应，测量精度高，可实现非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等条件下工作。应用：可测压力、压差、液位、振动、位移、加速度、成分含量等

4.1电容式传感器的工作原理 4.2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 4.4电容式传感器等效电路 4.5电容式传感器测量电路 4.6电容式传感器的应田

4.1电容式传感器的工作原理 1.工作原理及类型 2.变极距型电容传感器 3.变面积型电容传感器 4.变介电常数型电容式传感器返回上一页下一页

4.1 电容式传感器的工作原理 1. 工作原理及类型 2. 变极距型电容传感器 3. 变面积型电容传感器 4. 变介电常数型电容式传感器返回上一页下一页

1.工作原理及类型 S _8,8S d d S 极板相对覆盖面积： d 极板间距离：相对介电常数：对真空介电常数；电容极板间介质的介电常数。 S、d、中任一参数变化时，电容量C也随之变化。可将电容传感器分三种。返回上一

1. 工作原理及类型 d S d S C r 0    = = S ——极板相对覆盖面积； d ——极板间距离； εr——相对介电常数； ε0——真空介电常数； ε ——电容极板间介质的介电常数。 d S ε 返回上一页下一页 S、d、ε中任一参数变化时，电容量C也随之变化。可将电容传感器分三种

霄紫饼語园 (h) (k) ) 变极距(d型：(a)、(e),一个为固定极板，一个为可动极板变面积型(S)型：(b)、(c)、(d)、(①、(g)（h) 变介电常数(8)型：（i)~① 返同上一页下一页

变极距(d)型: (a)、(e), 一个为固定极板，一个为可动极板变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h）变介电常数(ε)型: （i）～(l) 返回上一页下一页

2.变极距型电容传感器初始电容 8o8,S d 若极距缩小△d:(可动极板随被测量移动) C+4d C=C。+AC= 8o8,S C d d-△d △d -为非线性关系 d 若△d/d<<1时，则式(3.3.3)可简化为： △d C=C。+Co 最大位移应小于间距的1/10 d 。差动式改善其非线性返回上一页

2. 变极距型电容传感器 d s C r  0 0 = 2 0 0 0 0 1 (1 ) 1        −  + =  − = −  = +  = d d d d C d d C d d s C C C r   -为非线性关系若△d/d<<1时，则式（3.3.3）可简化为: d d C C C  = 0 + 0 若极距缩小△d:(可动极板随被测量移动) ⚫ 最大位移应小于间距的1/10 ⚫ 差动式改善其非线性初始电容：返回上一页下一页

3.变面积型电容传感器当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为： △C=C-C EE,ab 8o8,(a-△x)b d d 8oE,b△x d △C与△x间呈线性关系。返回上一页下一页

3. 变面积型电容传感器当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为： △C与△x间呈线性关系。返回上一页下一页 d b x d a x b d ab C C C r r r  = −  = −  = −       0 0 0 0 ( )

电容式角位移传感器当0=0时， Co= EoE,So do 当≠0时，动极板 66,S1-g 定极板 d =C。-C 传感器电容量C与角位移间呈线性关系返回上一页下一页

电容式角位移传感器 0 0 0 0 d S C r   =       0 0 0 0 0 (1 ) C C d S C r = − − = 当θ=0 时，当θ≠0 时，传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系返回上一页下一页

4.变介电常数型电容式传感器 2nEH D 初始电容 0 D d 电容与液位的关系为： 2πeh,2π(H-h)2πH H C- 2(6,-8) D D D D n n d d d d =Co+ 2th(61-8) D 电容式液位传感器 d 可见： Coch 返同上一页下一页

4. 变介电常数型电容式传感器 d D h C d D h d D H d D H h d D h C ln 2 ( ) ln 2 ( ) ln 2 ln 2 ( ) ln 2 1 0 1 1             − = + − = + − = + d D H C ln 2 0  = 初始电容: 电容式液位传感器电容与液位的关系为：返回上一页下一页可见: C  h

变介电常数型的另一种形式 C=C+C,=6,b,8(L。-0+8马 d, Co EoErLobo oLobo 若&1=1，当L=0时，传感器的初始电容为： d, d. 当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为： △C C-C (2-1)L 电容变化量与电介质移动量L呈线性关系 Co 返回上一页

0 1 0 2 1 2 0 0 ( ) d L L L C C C b r r    − + = + = 若εr1=1,当L=0时，传感器的初始电容为: 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 d L b d L b C r    = = 当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为: 0 2 0 0 0 ( 1) L L C C C C C r − = − =   电容变化量与电介质移动量L呈线性关系返回上一页下一页变介电常数型的另一种形式

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