檢測技術(shù)及傳感器電阻電容

1、檢測技術(shù)及傳感器電阻電容第1頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)檢測元件的基本概念、分類方法傳感技術(shù)自然規(guī)律守恒定律、場的定律、物質(zhì)定律、統(tǒng)計(jì)法則基礎(chǔ)效應(yīng)檢測儀表的一般信號變換結(jié)構(gòu)簡單變換、差動變換、參比變換、平衡變換反饋?zhàn)儞Q第2頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四第部分基礎(chǔ)知識第二章檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件電容型檢測元件第3頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)在傳感器中，有一大類是通過電阻參數(shù)變化來實(shí)現(xiàn)非電量測量的目的。它們統(tǒng)稱為電阻式傳感器。各種電阻材料，受被測量

2、的作用，將產(chǎn)生電阻參數(shù)的變化。位移、應(yīng)變、壓力、光、熱等電阻式傳感器電位計(jì)式、熱電阻式、應(yīng)變式、壓阻式和光電式等第4頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻式檢測元件電阻是介質(zhì)阻擋電流流動能力的大小。電阻的單位是歐姆，用符號“”表示。電阻是一個(gè)線性元件。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，流經(jīng)一個(gè)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比 即它是符合歐姆定律：第5頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻式檢測元件一段長為 l（m），截面積為 A（mm2），電阻率為 （mm2m-1）的導(dǎo)體（如金屬絲），其電阻為電阻

3、式檢測元件分類變 l 型 位移變 型 溫度、成份等變 (l, A, ) 型 應(yīng)變第6頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件電位器線位移角位移第7頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件電位器當(dāng) A 恒定時(shí)， 與 l 為線性關(guān)系適合于較大位移的測量應(yīng)用電力傳輸線的故障檢測電阻觸摸屏第8頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件熱電阻純金屬具有正的溫度系數(shù)，可以作為測溫元件作為測溫用的熱電阻應(yīng)具有下列要求電阻溫度系數(shù)大，

4、以獲得較高的靈敏度；電阻率高，元件尺寸可以小；電阻值隨溫度變化盡量是線性關(guān)系；在測溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定；材料質(zhì)純、加工方便和價(jià)格便宜等。第9頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件熱電阻鉑、銅、鐵和鎳是常用的熱電阻材料第10頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件熱電阻金屬熱電阻半導(dǎo)體材料的電阻率也隨溫度變化而變化。用半導(dǎo)體材料制成的測溫元件稱為“熱敏電阻”。第11頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件熱電

5、阻標(biāo)稱值Pt100，0時(shí)電阻值為100Cu50，0時(shí)電阻值為50 Cu100，0時(shí)電阻值為100 溫度系數(shù)響應(yīng)時(shí)間一般鉑熱電阻的時(shí)間常數(shù)為幾秒至幾十秒第12頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)1856 年，英國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)金屬絲的電阻隨它所受機(jī)械變形（拉伸或壓縮）的大小發(fā)生變化即電阻的應(yīng)變效應(yīng)。2rl2(r-dr)l+dlFF第13頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)力（stress）連續(xù)體內(nèi)部截面的一側(cè)施于另一側(cè)上單位面

6、積的作用力。應(yīng)力矢量沿它所作用的微元平面的法向投影稱為法向應(yīng)力或正應(yīng)力。pFFN連續(xù)體SFNS上所受的合力PN=FN /S第14頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變（strain）連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對變化。三種最簡單的應(yīng)變線應(yīng)變即物體內(nèi)任一點(diǎn)處單位長度的長度增加量。線應(yīng)變又稱為相對伸長；角應(yīng)變體應(yīng)變第15頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變（strain）連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小

7、的相對變化。三種最簡單的應(yīng)變線應(yīng)變角應(yīng)變即物體內(nèi)任一點(diǎn)處兩互相垂直方向的角度減小量。角應(yīng)變又稱為切應(yīng)變或剪切應(yīng)變。體應(yīng)變第16頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)應(yīng)變（strain）連續(xù)體在體內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀和大小的相對變化。三種最簡單的應(yīng)變線應(yīng)變角應(yīng)變體應(yīng)變即物體內(nèi)任一點(diǎn)處單位體積的體積增加量；第17頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng)當(dāng)它受到軸向力 F 拉伸或壓縮時(shí)，其 A、l、 均發(fā)生變化，導(dǎo)體的電阻也隨之發(fā)生變化

8、令 x = dl/l 導(dǎo)體軸向應(yīng)變，y = dr/r 導(dǎo)體徑向應(yīng)變。2rl2(r-dr)l+dlFF第18頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲的應(yīng)變電阻效應(yīng)由材料力學(xué)知道，在金屬絲彈性范圍內(nèi)，沿其長度方向拉伸時(shí)，軸向應(yīng)力 x 與徑向應(yīng)力 y 之間存在關(guān)系y = x 勃底特茲明（）通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，金屬材料的電阻率相對變化與其體積相對變化之間有關(guān)系d/ = CdV/V 金屬材料電阻率的相對變化與應(yīng)力的關(guān)系第19頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲的應(yīng)變電阻效

9、應(yīng)金屬材料的電阻相對變化與其軸向應(yīng)變成正比。這就是金屬材料的應(yīng)變效應(yīng)。Km 稱為金屬材料的應(yīng)變靈敏度系數(shù)(簡稱靈敏系數(shù))金屬絲材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)以尺寸變化為主，一般 Km = 1.84.8第20頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲電阻應(yīng)變片敏感柵、基底、引線、蓋片、粘合劑敏感柵通常是由軸向縱柵（檢測應(yīng)變方向）和圓弧橫柵兩部分組成。蓋片敏感柵金屬絲基底引線第21頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲電阻應(yīng)變片敏感柵、基底、引線、蓋片、粘合劑第22頁，共75頁，

10、2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H縱柵 l0橫柵 r橫柵 ry 橫向應(yīng)變yxx軸向應(yīng)變xxyyry第23頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H應(yīng)變片承受單向應(yīng)力時(shí)，其表面處于平面應(yīng)變狀態(tài)中，即軸向（拉伸）和橫向（收縮），其縱柵和橫柵各自主要感受橫向應(yīng)變和軸向應(yīng)變，從而引起應(yīng)變片總電阻的變化。第24頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬

11、絲電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H在單位應(yīng)力、雙向應(yīng)變情況下，橫向應(yīng)變總是起著抵消軸向應(yīng)變的作用。應(yīng)變片即感受軸向應(yīng)變，又同時(shí)受橫向應(yīng)變影響使靈敏系數(shù)及相對電阻比都減少的現(xiàn)象，稱為橫向效應(yīng)。 = y/x 雙向應(yīng)變比，H = Ky/Kx 雙向應(yīng)變靈敏系數(shù)比，稱為橫向效應(yīng)系數(shù)。第25頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲電阻應(yīng)變片溫度效應(yīng)應(yīng)變片電阻相對變化與其材料的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)有關(guān)，由溫度變化引起的應(yīng)變片電阻變化的現(xiàn)象。上式為應(yīng)變片（無應(yīng)力作用時(shí)）的溫度效應(yīng)；用應(yīng)變形式表示，稱為相對的熱輸出，即第26頁，共75頁，

12、2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件金屬絲電阻應(yīng)變片溫度效應(yīng)應(yīng)變片電阻相對變化與其材料的電阻溫度系數(shù)、線膨脹系數(shù)有關(guān)，由溫度變化引起的應(yīng)變片電阻變化的現(xiàn)象。熱輸出前部分為熱阻效應(yīng)所造成，后部分為敏感柵與試件熱膨脹失配所引起。第27頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)史密斯(C. S. Smith)等學(xué)者很早就發(fā)現(xiàn)，對半導(dǎo)體施加應(yīng)力時(shí)，半導(dǎo)體的電阻率會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)一個(gè)很重要的特點(diǎn)是效應(yīng)的各向異性。當(dāng)單晶硅受到一定的應(yīng)力時(shí)，其電

13、阻率隨應(yīng)力變化具有線性關(guān)系。第28頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性靈敏系數(shù)（靈敏度指標(biāo)）橫向效應(yīng)和橫向效應(yīng)系數(shù) H機(jī)械滯后蠕變和零漂應(yīng)變極限頻率響應(yīng)（工作頻率）響應(yīng)時(shí)間（時(shí)間常數(shù)）疲勞壽命 N第29頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性蠕變和零漂應(yīng)變片在恒溫恒載條件下，輸入信號恒定時(shí)，應(yīng)變片指示應(yīng)變值隨時(shí)間單向變化的特性稱為蠕變。試件空載（無輸入信號）時(shí)，應(yīng)變片指示應(yīng)變值仍隨時(shí)間變化的現(xiàn)象稱為零漂。第30頁，共75頁，2022年，5月

14、20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性應(yīng)變極限應(yīng)變片的線性特性，只有在一定的應(yīng)變限度范圍內(nèi)才能保持。在恒溫條件下，使非線性誤差達(dá)到 10% 時(shí)的真實(shí)應(yīng)變值，稱為應(yīng)變極限 lim。第31頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的靜態(tài)特性疲勞壽命 N疲勞壽命 N 是指粘貼在試件上的應(yīng)變片，在恒幅交變應(yīng)力作用下，連續(xù)工作直至疲勞損壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)。疲勞壽命和應(yīng)變片的取材、工藝和焊接、粘貼質(zhì)量等因素有關(guān)，一般要求 N = 105107 次。第32頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50

15、分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)靜態(tài)與動態(tài)特性第33頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對測量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法通過精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償- 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片- 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片橋路補(bǔ)償法第34頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對測量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法通過精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償- 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片-

16、雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片橋路補(bǔ)償法第35頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對測量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法通過精心選配敏感柵材料與結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)熱輸出補(bǔ)償- 單絲自補(bǔ)償應(yīng)變片- 雙絲自補(bǔ)償應(yīng)變片只能在選定的試件上使用橋路補(bǔ)償法第36頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對測量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法利用電橋的兩邊臂上電壓和、差原理來達(dá)到補(bǔ)償- 雙絲半橋式- 補(bǔ)償塊法

17、第37頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的熱輸出補(bǔ)償方法熱輸出的補(bǔ)償方法就是消除 t 對測量應(yīng)變的干擾。溫度自補(bǔ)償法橋路補(bǔ)償法利用電橋的兩邊臂上電壓和、差原理來達(dá)到補(bǔ)償- 雙絲半橋式- 補(bǔ)償塊法DdP第38頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的應(yīng)用不僅取決于應(yīng)變計(jì)本身的質(zhì)量, 而且取決于應(yīng)變計(jì)的正確使用。壓力檢測中，視其彈性體的結(jié)構(gòu)形式分為單一式：應(yīng)變片直接粘貼在受壓彈性膜片或筒上。組合式：由受壓彈性元件（膜片、膜盒或波紋管）和應(yīng)變彈性元件組合而成。第3

18、9頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的應(yīng)用組合式第40頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的應(yīng)用應(yīng)用和測量范圍廣。用應(yīng)變計(jì)可制成測量各種機(jī)械量傳感器，如：力傳感器（可測 10-2107 N），壓力傳感器（可測 103108 Pa），加速度傳感器（可測 103 m/s2）分辨率和靈敏度高。半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)靈敏度達(dá)幾十mV/N；精度達(dá) 13%，高精度達(dá) 0.10.01%。結(jié)構(gòu)小、使用方便。第41頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I

19、檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的應(yīng)用第42頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的應(yīng)用第43頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件應(yīng)變片的應(yīng)用標(biāo)稱阻值，應(yīng)變片在常溫（20）常壓（1個(gè)大氣壓）時(shí)的阻值。一般情況選用 120 阻值；為提高靈敏度，應(yīng)采用較高的供橋電壓和較小的工作電流，則選用較高的標(biāo)稱阻值，如：350、500 或 1000 阻值。第44頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四第部分基礎(chǔ)知識第二章檢測元件與檢測技術(shù)電阻型檢測元件電容型

20、檢測元件第45頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。結(jié)構(gòu)簡單、高分辨力、可非接觸測量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動等惡劣條件下工作。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使它揚(yáng)長避短，成為一種很有發(fā)展前途的傳感器。第46頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件導(dǎo)體的電容對孤立帶電導(dǎo)體來說，它的電勢 U（孤立導(dǎo)體的電勢）和所帶的電量 q 的大小成正比；孤立帶電導(dǎo)體所帶的電量 q 與其電勢 U 比值稱為導(dǎo)體的電容，即

21、C = q/U。對于同一個(gè)導(dǎo)體來說，它的電容是一個(gè)常量；它與導(dǎo)體本身的大小、形狀有關(guān)；它與導(dǎo)體的材質(zhì)、和它所帶電量的多少、是否帶電無關(guān)。第47頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件導(dǎo)體的電容電容的單位稱為法拉（簡稱法），符號為 F 。孤立導(dǎo)體的電勢就是該導(dǎo)體與無窮遠(yuǎn)處的電勢差；孤立導(dǎo)體的電容可理解為該導(dǎo)體與無窮遠(yuǎn)處的極板所構(gòu)成（就是以導(dǎo)體和地球所組成）的電容器的電容。第48頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件電容器的電容通常電容器由兩個(gè)金屬極板和介于中間的介質(zhì)所組成。電

22、容器的電容 C 定義：電容器一個(gè)極板所帶電荷 q（指絕對值）和兩個(gè)極板的電勢差 UA UB（不是某一極板的電勢）之比，即 C = q/(UA UB)。電容器的電容是描述電容器本身電容性質(zhì)的一個(gè)物理量。第49頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件平板電容器平板電容器由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成。0 為真空介電常數(shù) (8.8510-12Fm-1) +A第50頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件球形電容器當(dāng) rB rA 時(shí)rArB球形電容器第51頁，共75頁，2022年

23、，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件柱形電容器rBrAL柱形電容器第52頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件平行直導(dǎo)線形電容器drBA平行直導(dǎo)線形電容器第53頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件、r、A 某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)變化時(shí)，都會引起電容 C 的變化。這些量的變化可以間接反映線位移、角位移、壓力、加速度等物理量的變化。電容式傳感器分為變極距型 極板間距離為變化量變面積型 極板的有效面積為變化量變介質(zhì)型 極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為變化

24、量第54頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變極距型單組/差動線位移/角位移第55頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變極距型單組線位移非線性特性，電容 C 與極距 之間的函數(shù)為反比關(guān)系 0 C， 0 C0C C0C0C = f () 特性曲線第56頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變極距型單組線位移0C/C0 /0變極距電容傳感器的非線性特性12第57頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，

25、星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變極距型單組線位移靈敏度與非線性誤差- 0 越小，靈敏度 S 越高；- 0 的減小會導(dǎo)致非線性誤差增大；- 0 過小能引起電容器擊穿或短路。防止電容器擊穿，極板間采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)，起絕緣作用。第58頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變極距型單組線位移0A定極板動極板高介電常數(shù)的材料第59頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變極距型單組線位移差動線位移- 差動式比單極式靈敏度提高一倍；- 非

26、線性誤差減小一個(gè)數(shù)量級；- 由于結(jié)構(gòu)上的對稱，它還可有效地補(bǔ)償溫度變化造成的誤差。第60頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變面積型單組/差動線位移平板型線位移圓柱型llll第61頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變面積型單組/差動線位移平板型線位移圓柱型角位移平板型角位移圓柱型第62頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變面積型單組線位移- 線性輸出特性，適于測量較大的直線位移和角位移；- 極距保持不變

27、。為了減少極距的影響，可使用中間極板移動式結(jié)構(gòu)。l中間極板移動式變面積型電容傳感器l0第63頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變介質(zhì)型單組/差動平板型圓柱型llll第64頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變介質(zhì)型單組平板型- 電容的相對變化與介質(zhì)2（被測介質(zhì)）的移入深度成線性關(guān)系；- 可用來測量材料厚度、非導(dǎo)電固體物質(zhì)的濕度、非導(dǎo)電物料的物位。l被測介質(zhì)極板非導(dǎo)電材料物位變介質(zhì)型電容傳感器第65頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢

28、測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件變介質(zhì)型第66頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件邊緣效應(yīng)在電容極板的邊緣存在電場，如果極板有一定的厚度，就會在極板的側(cè)面上產(chǎn)生電荷的累積，即產(chǎn)生電容。邊緣效應(yīng)給傳感器的測量帶來誤差，使傳感器的靈敏度降低，輸出特性產(chǎn)生非線性。邊緣電場r第67頁，共75頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四M&T,I 檢測元件與檢測技術(shù)電容型檢測元件邊緣效應(yīng)消除邊緣效應(yīng)的方法減小邊緣的有效面積采用等位環(huán)結(jié)構(gòu)等位環(huán)與上極板在同一平面上并將其包圍，且與下面電極電絕緣、等電位。這樣，上下兩個(gè)極板的電場基本均勻，而發(fā)散的邊緣電場發(fā)生在等位環(huán)外周，故不影響傳感器兩電極間的電場，從而克服邊緣效應(yīng)的影響。下極板上極板邊緣電場均勻電場等位環(huán)帶有等位環(huán)的平板電容傳感器原理結(jié)構(gòu)圖第68頁，共75頁，20