傳感器第次課能量控制型傳感器

傳感器第次課能量控制型傳感器第一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六本次課需要掌握下列傳感器的原理和使用

電位器式傳感器應(yīng)變片式電阻傳感器電感式傳感器電容式傳感器第二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六傳感器分類按輸出量類按能量關(guān)系⑴有源傳感器（能量轉(zhuǎn)換型傳感器）——能將非電量直接轉(zhuǎn)換成電信號，所以有時被成為“換能器”。例如壓電式（超聲波換能器）、熱電式（熱電偶）、光電式（光電池）等。⑵無源傳感器（能量控制型傳感器）——自身無能量轉(zhuǎn)換裝置，被測量僅能在傳感器中起能量控制作用，必須有輔助電源供給電能。如電容式、壓阻式等按工作原理按輸入量類第三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電阻式傳感器核心器件：線繞電位器、電阻應(yīng)變片等。主要應(yīng)用：力學(xué)參數(shù)的測量(位移、壓力、荷重、加速度等)。第四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六1.電位器式傳感器分類二：線繞式分類一：薄膜式分類三：光電式第五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六薄膜式電位器內(nèi)部圖第六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六線繞式電位器的結(jié)構(gòu)和工作原理1.電位器式傳感器第七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六xU0階梯特性第八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六計算題：電位器式傳感器電阻為10K歐，電刷最大行程為10cm,消耗功率為40mW，試求當(dāng)輸入位移為3cm時，傳感器輸出電壓多少？類似P48-10第九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六左：波登管位移帶動儀表指示右：波登管位移帶動電位器滑動電刷壓力傳感器示意圖第十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六膜盒內(nèi)腔通入被測流體，膜盒中心發(fā)生位移，推動連桿上移，使得曲柄軸帶動電刷在電位器電阻絲上滑動第十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電位器式位移傳感器示意圖ABC問題：示意圖中的ABC實際分別接到什么地方？第十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六測量小位移的傳感器示意圖ABC問題：示意圖中的ABC實際分別接到什么地方？第十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六我們可以做這樣一個較簡單的實驗：取一根細(xì)電阻絲，兩端接上一臺31/2位數(shù)字式歐姆表（分辨率為1/2000），記下其初始阻值（圖中為10.01）。當(dāng)我們用力將該電阻絲拉長時，會發(fā)現(xiàn)其阻值略有增加（圖中增加到為10.05）。

應(yīng)變片的工作原理第十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六2.應(yīng)變片式電阻傳感器電阻應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時，它的電阻發(fā)生相應(yīng)的變化。

電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值隨著所受機(jī)械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。金屬應(yīng)變片電阻R公式：電阻率長度截面積第十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六ABC

電阻應(yīng)變片分三種：1.金屬絲式應(yīng)變片2.金屬箔式應(yīng)變片3.半導(dǎo)體應(yīng)變片第十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六金屬絲式或箔式結(jié)構(gòu)示意圖第十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六各類箔式應(yīng)變花箔式應(yīng)變花：一種具有兩個或兩個以上不同軸向敏感柵的電阻應(yīng)變計，用于確定平面應(yīng)力場中主應(yīng)變的大小和方向第十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電阻率長度截面積根據(jù)電阻公式，如果改變電阻率也可以達(dá)到改變電阻的目的，半導(dǎo)體應(yīng)變片就是改變電阻率的傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖第二十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六半導(dǎo)體應(yīng)變片主要是利用硅半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而制成的。如果在半導(dǎo)體晶體上施加作用力，晶體除產(chǎn)生應(yīng)變外，其電阻率會發(fā)生變化。這種由外力引起半導(dǎo)體材料電阻率變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。

半導(dǎo)體應(yīng)變片是直接用單晶鍺或單晶硅等半導(dǎo)體材料進(jìn)行切割、研磨、切條、焊引線、粘貼一系列工藝制作過程完成的。

第二十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六半導(dǎo)體式電阻應(yīng)變片優(yōu)點(diǎn)：靈敏度大（比金屬式大100倍）;體積小;缺點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。靈敏度大：從半導(dǎo)體三極管的放大作用理解半導(dǎo)體的電阻很容易發(fā)生很大的變化溫度穩(wěn)定性差：可以從兩方面理解1.半導(dǎo)體器件的溫度一般不能超過焊接溫度很多2.之前講過的二極管正向電壓隨溫度變化，LM35溫度集成電路，以及后續(xù)半導(dǎo)體熱敏電阻第二十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六問題：下表中，哪幾個型號是半導(dǎo)體應(yīng)變片，依據(jù)是什么?第二十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六應(yīng)變片的主要參數(shù)

1）幾何參數(shù)：表距L和絲柵寬度b，制造廠常用b×L表示。2）電阻值：應(yīng)變計的原始電阻值(本實驗室的應(yīng)變片為350歐姆)。3）靈敏系數(shù)：表示應(yīng)變計變換性能的重要參數(shù)。4）其它表示應(yīng)變計性能的參數(shù)（工作溫度、滯后、蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。第二十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六應(yīng)變片單臂電橋測量電路VER1R2R3R4根據(jù)P27的推算得到電橋電壓靈敏度(輸出電壓與電阻變化率的比)KU的公式,公式表明:KU與橋臂比n有關(guān),與E成正比當(dāng)n=1（R1=R3）時,KU=E/4,比如E=4V時,應(yīng)變片每變化1%,電壓變化0.01V化簡公式第二十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六上述公式表明U0與ΔR/R是非線性關(guān)系，故測量中不可避免會存在非線性誤差，為消除非線性誤差，常采用以下兩種電路：半橋全橋同時也提高了靈敏度應(yīng)變片單臂電橋測量電路實際公式第二十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六在試件上安裝兩個工作應(yīng)變片,一個受拉應(yīng)變,一個受壓應(yīng)變,接入電橋相鄰橋臂,稱為半橋差動電路,Uo與（ΔR1/R1）呈線性關(guān)系,差動電橋無非線性誤差,而且電橋電壓靈敏度KU=E/2,比單臂工作時提高一倍,同時還具有溫度補(bǔ)償作用。9半橋差動電路R1+ΔR1R2-ΔR2第二十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六9全橋差動電路R1+ΔR1R2-ΔR2R4+ΔR4R3-ΔR3在試件上安裝四個工作應(yīng)變片,此時全橋差動電路不僅沒有非線性誤差,而且電壓靈敏度是單片的4倍,同時仍具有溫度補(bǔ)償作用。第二十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六一、直流電橋的平衡條件二、直流電橋的電壓靈敏度推導(dǎo)R1/R2=R3/R4定義：K=V0/(ΔR/R)單臂的推導(dǎo)（演示）雙臂的推導(dǎo)（點(diǎn)名）全橋的推導(dǎo)（點(diǎn)名）第二十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電壓靈敏度對比（E=4V時,應(yīng)變片每變化1%,）單臂電橋,KU=E/4,電壓變化0.01V雙臂電橋,KU=E/2,電壓變化0.02V四臂電橋,KU=E,電壓變化0.04V第三十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六題目：電橋輸入電壓10V，當(dāng)1K歐的應(yīng)變片變化0.1%,下列三種電橋電壓輸出分別是多少？單臂電橋雙臂電橋四臂電橋單臂靈敏度10V/4,則輸出為0.1%*10V/4=2.5mV雙臂靈敏度10V/2,則輸出為0.1%*10V/2=5mV四臂靈敏度10V,則輸出為0.1%*10V=10mV第三十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六選擇題：單臂電橋是（線形、非線形）輸出雙臂電橋是（線形、非線形）輸出四臂電橋是（線形、非線形）輸出第三十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六差動放大器電路分析第三十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第三十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用--電子計價秤第三十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電子計價秤通常選用鋁合金為材料的雙復(fù)梁式結(jié)構(gòu)的稱重傳感器。當(dāng)稱重傳感器受外力F作用時，產(chǎn)生平行四邊形變形，四個應(yīng)變片分別粘貼在變形較大的部位(孔的周圍)，電阻值隨之變化。當(dāng)外載荷改變時，由四個電阻應(yīng)變片組成的電橋輸出電壓與外加載荷成正比。第三十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六案例：應(yīng)變片的粘貼問題：應(yīng)變式傳感器由哪幾部分組成？能測量那些物理量？力、壓力、轉(zhuǎn)矩、位移、加速度P29第三十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電阻在雙孔懸臂梁的位置VS在全橋中的位置訓(xùn)練任務(wù)：如圖所示的四個應(yīng)變片R1-R4分別在雙孔懸臂梁的對應(yīng)位置，請畫出全橋電路。第三十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六一種電子廚房稱應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用第三十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六壓阻式壓力傳感器圖片附加內(nèi)容第四十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六壓阻式傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。壓阻式傳感器和半導(dǎo)體應(yīng)變片均是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)制作的傳感器。硅的壓阻效應(yīng)不同于金屬應(yīng)變計（見電阻應(yīng)變計），前者電阻隨壓力的變化主要取決于電阻率的變化，后者電阻的變化則主要取決于幾何尺寸的變化（應(yīng)變），而且前者的靈敏度比后者大50～100倍。第四十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六汽車新技術(shù)介紹：胎壓實時監(jiān)視系統(tǒng)(TPMS)汽車胎壓監(jiān)視器件第四十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六MPS-500G是模仿日系傳感器制造，采用恒流源供電，因此具有非常優(yōu)越的溫度系數(shù)，在客戶的血壓計應(yīng)用中，在穩(wěn)定性及抑制漂移drift等方面具有很好的表現(xiàn)。

MPS-500G系列壓力傳感器在一塊微機(jī)械加工的硅片表面膜片上制作出四個高靈敏度壓阻電阻。擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。采用DIP封裝。

溫度:-5--80℃

表壓型:7PSI

零點(diǎn)偏移:±10mV

線性度:±0.3%FS

遲滯性：±0.3%FS

尺寸(LxWxH)mm：8.4x7.2x9.63

第四十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六3.電感式傳感器電感式傳感器是利用線圈自感或者互感的變化來實現(xiàn)測量的一種裝置。可以用來測量位移、振動、壓力、流量、力矩和應(yīng)變等多種物理量。P29第四十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六3.電感式傳感器LC振蕩電路Q0=835HZQ4Q5Q6Q7Q8Q9Q105226136.53.31.60.8LED閃爍CD4060中文資料第四十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六特點(diǎn)：①

結(jié)構(gòu)簡單，無觸點(diǎn)，工作可靠壽命長；②

靈敏度分辨率高，能測0.01μm的變化，輸出信號強(qiáng)；③

線性度和重復(fù)性較好，在一定位移幾十μm～數(shù)mm內(nèi)，非線性誤差可做到0.05%～0.1%，且穩(wěn)定性好。在工業(yè)檢測系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：頻率響應(yīng)較低，不宜快速動態(tài)測控。電感型傳感器分為自感、互感、電渦流式。其中自感式傳感器又分變隙式、變面積式和螺線管式三種第四十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六自感式傳感器利用線圈自感的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種裝置。對位移壓力、壓力、振動、應(yīng)變、流量等進(jìn)行測量。自感式傳感器有變隙式、變面積式和螺管式三種。它把被測物理量轉(zhuǎn)變?yōu)樽愿邢禂?shù)L。一、變隙式結(jié)構(gòu)：如圖所示，由線圈、鐵芯、銜鐵等組成。3.電感式傳感器第四十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六

工作原理：傳感器工作時，銜鐵與被測體連接。當(dāng)被測體產(chǎn)生±δ的位移時，銜鐵與其同步移動，引起磁路中氣隙的磁阻發(fā)生相應(yīng)的變化。從而導(dǎo)致線圈電感的變化。只要測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵（被測體）位移量的大小和方向。3.電感式傳感器變隙式傳感器垂直運(yùn)動則為變隙式第四十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六當(dāng)匝數(shù)N確定，若保持面積S為常數(shù)，則L是氣隙厚度δ的函數(shù)，即L=F（δ）。電感量L與氣隙厚度δ成反比。輸入與輸出是非線性。3.電感式傳感器N—線圈匝數(shù);

μ—真空磁導(dǎo)率;

δ—?dú)庀逗穸?；S—?dú)庀队行Ы孛娣e

第四十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六靈敏度：K===K0==-如圖所示。可以看出，δ越小，Ｋ越高，為保證線性度，只能用于微小位移的測量。3.電感式傳感器第五十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六3.電感式傳感器根據(jù)公式，L除了與縱向的位移δ成反比外，還與空氣隙有效截面積S成正比，所以當(dāng)銜鐵橫向移動造成有效截面積變化時，L也隨之變化，根據(jù)這種理論，可做成截面型或者變面積型自感式傳感器。水平運(yùn)動則為變面積式變面積式傳感器由于漏感的原因，線性區(qū)范圍很小，故工業(yè)上應(yīng)用不多。第五十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六螺管式傳感器工作原理：傳感器工作時，銜鐵在線圈中伸入長度的變化將引起螺線管線圈電感量的變化。一般情況（長度L＞＞r），被測體與銜鐵鋼性連接。當(dāng)銜鐵處于螺線管中間位置時，可以認(rèn)為線圈內(nèi)磁場強(qiáng)度均勻，此時，空心線圈（鐵芯插入長度X=0）的電感為單線圈螺線管電感傳感器測量范圍大、線性度好、結(jié)構(gòu)簡單和便于制作。廣泛應(yīng)用于測量大量程直線位移。缺點(diǎn)為靈敏度較低。3.電感式傳感器第五十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六采用差動式結(jié)構(gòu)，除了可以改善非線性、提高靈敏度外，對電源電壓與頻率的波動及溫度變化等外界影響也有補(bǔ)償作用，從而提高了傳感器的穩(wěn)定性。變隙式、變面積式和螺管式三種自感式傳感器均對應(yīng)有差動方式第五十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六截面差動型自感傳感器原理氣隙差動型自感傳感器原理靜鐵第五十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第五十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六自感式傳感器應(yīng)用舉例測試氣體壓力的傳感器圖中，感受氣體或流體壓力的元件為膜盒，因此測試壓力范圍由膜盒的剛度來決定。這種傳感器用于測量精度要求不高的場所或者報警系統(tǒng)。第五十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六

差動變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。這種類型的傳感器主要包括銜鐵、一次繞組和二次繞組等。一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測唯一改變而變化。由于在使用時采用兩個二次繞組反向串接，以差動方式輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常通稱差動變壓器。第五十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第五十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第五十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六右圖顯示：當(dāng)X從中心位置的0往更大移動時候，原來等大的E21增加，E22減少，差值為E2，虛線為E2實際曲線。底端的E0為殘余電動勢，產(chǎn)生的原因是不對稱以及銜鐵位置。此值使得在零點(diǎn)附近不靈敏，給測量帶來誤差第六十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第六十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第六十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六兩個次級分別整流簡易整流第六十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第六十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六位移變化頻率很低，無法通過變壓器互感，所以必須調(diào)制到高頻再檢波第六十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第六十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第六十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六缸體狀空心截面彈性元件受力發(fā)生形變，銜鐵相對線圈移動壓力傳感器第六十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六位移傳感器第六十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六微壓傳感器當(dāng)存在壓力時，膜盒自由端產(chǎn)生正比于壓力的位移，帶動銜鐵移動第七十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六當(dāng)有垂直方向的加速度時，懸臂梁彎曲，帶動銜鐵移動第七十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六渦流式傳感器當(dāng)金屬體在變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生電流，這種電流的流線形狀成閉合回路，似水中漩渦稱渦電流。這種現(xiàn)象成為渦流效應(yīng)。視頻播放視頻播放第七十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六視頻播放圓盤產(chǎn)生渦電流，渦電流產(chǎn)生抵抗的磁場，產(chǎn)生阻尼第七十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六通電的線圈代替永磁鐵來產(chǎn)生磁場，當(dāng)金屬中產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生相對的磁場抵消部分原磁場，從而導(dǎo)致線圈的電感、阻抗、品質(zhì)因素發(fā)生變化，那么通過檢測這些變化，就可以檢測運(yùn)動塊的位置。利用渦流效應(yīng)制作的傳感器稱渦流式傳感器第七十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第七十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六通有交變電流I1的傳感器線圈L1,產(chǎn)生變化的磁場I,磁場I內(nèi)的被測金屬產(chǎn)生渦流I2,I2也產(chǎn)生相反的磁場II，抵消了部分原磁場，導(dǎo)致線圈的L，等效電阻R,品質(zhì)因數(shù)Q發(fā)生變化。該變化與被測金屬類型和距離有關(guān)，所以可以測量位移第七十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖第七十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電渦流式傳感器實物圖第七十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六電渦流式傳感器使用

電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，頻率響應(yīng)快、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、體積較小，具有非接觸測量的優(yōu)點(diǎn)。可用來測量振動、位移、厚度、轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行渦流探傷、渦流金屬探測器等。檢波π型濾波振蕩回路射極跟隨器

下圖為一種測量電路，電渦流式傳感器L引起振蕩回路的幅度變化，輸出調(diào)幅信號經(jīng)過檢波和π型濾波后由射極跟隨器輸出第七十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六4.電容式傳感器有關(guān)電容的礦石收音機(jī)第八十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六4.電容式傳感器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。由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)影響時，其電容量介電常數(shù)ε、極板的有效面積A以及兩極板間的距離δ有關(guān)：C=εA/δ

+++A第八十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六若被測量的變化使式中δ、A、ε三個參量中任意一個發(fā)生變化時，都會引起電容量的變化，再通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。極距δ變化型++++++C=εA/δ

第八十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六4.電容式傳感器手工實驗：用2個硬幣夾1張紙介質(zhì)組成電容器，監(jiān)測電容量，并做如下變化：將紙介質(zhì)從1張分別變?yōu)?張、4張測量電容量，比較電容量隨間距變化趨勢2.2個硬幣錯動位置，造成極板面積S變化，比較電容量隨面積變化趨勢3.上面分別代表變間隙和變面積的電容傳感器，想想如何利用硬幣做出變電介質(zhì)的電容傳感器來第八十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六駐極體電容傳聲器它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點(diǎn)是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。第八十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六C=εA/δ

由于變極距型的分辨力極高，可測小至0.01μm的線位移，故在微位移檢測中應(yīng)用最廣說明位移與C的變化不成線性關(guān)系，只有當(dāng)位移變化量很小時候，我們才可以認(rèn)為是線性的，因此變極距型電容傳感器一般用來測量微小變化量如，0.01um—零點(diǎn)幾個毫米的線位移。第八十五頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六第八十六頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六極板間采用高介電常數(shù)的材料(云母、塑料膜等)作介質(zhì)可以減小非線性誤差，防止電容器擊穿或短路。右圖所示為差動結(jié)構(gòu)，動極板置于兩定極板之間。初始位置時，δ1＝δ2＝δ0，兩邊初始電容相等。當(dāng)動極板向上有位移Δδ時，兩邊極距為δ1＝δ0-Δδ，δ2＝δ0+Δδ；兩組電容一增一減靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。第八十七頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六變面積型電容傳感器C=εA/δ

變面積型電容傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測量較大的直線位移和角位移。第八十八頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六變面積型差動式結(jié)構(gòu)

(a)扇形平板結(jié)構(gòu)；(b)柱面板結(jié)構(gòu)當(dāng)動極板C隨角位移(Δα)輸入而擺動時兩組AB電容值一增一減，差動輸出第八十九頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六變介質(zhì)型電容傳感器這種電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)型式，可以用來測量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體物質(zhì)的濕度。被測物以電介質(zhì)形式插入電容器中，從而改變兩種介質(zhì)的極板覆蓋面積。傳感器的總電容量C為被測物介質(zhì)極板電容和空氣介質(zhì)極板電容并聯(lián)結(jié)果。第九十頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六(a)電介質(zhì)插入式(b)非導(dǎo)電流散材料物位的電容測量常用測量電介質(zhì)的厚度、位移、液位、容量P43圖3-44點(diǎn)名回答為什么可以測量。。。？第九十一頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六Ⅰ.溫度穩(wěn)定性好電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損等，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)第九十二頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六Ⅱ.結(jié)構(gòu)簡單電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量；能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進(jìn)行測量。Ⅲ.動態(tài)響應(yīng)好電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很?。s幾個10－5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時間短，能在幾兆Hz的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。第九十三頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六Ⅳ.可以非接觸測測量，具有平均效應(yīng)例如非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。電容式傳感器除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能敏感0.01μm甚至更小的位移；由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)并接成電橋式時產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。第九十四頁，共一百零二頁，編輯于2023年，星期六2.缺點(diǎn)Ⅰ.輸出阻抗高，負(fù)載能力差電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般幾十到幾百皮法，甚至只有幾個皮法，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻范圍內(nèi)的交流電源時，輸出阻抗高達(dá)108～106Ω。因此傳感器的負(fù)載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至無法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計和使用帶來極大的不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十兆歐以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀