《機械工程測試與控制技術》課件 第18課 第八章 8.4 電容式傳感器

機械工程測試與控制技術第八章

常用傳感器8.1傳感器概念8.2電阻式傳感器8.3電感式傳感器8.4電容式傳感器8.5壓電式傳感器8.6磁電式傳感器8.7霍爾式傳感器8.8熱電偶傳感器8.9光電式傳感器8.4電容式傳感器定義：將被測量變化轉(zhuǎn)換為電容變化的傳感器電容傳感器特點結構簡單，分辨率高，工作可靠可非接觸測量，可在惡劣環(huán)境下工作測量的物理量位移壓力液位介質(zhì)敏感元件、轉(zhuǎn)換元件電容CA工作原理在忽略邊緣效應的情況下，平行極板電容器的電容量基本類型變極距δ：位移變面積A：位移、壓力（差動）變介質(zhì)ε：介電常數(shù)δAεUQr8.4電容式傳感器變極距式兩極板在被測對象作用下發(fā)生位移δ變化時變極距型電容傳感器的靈敏度是非線性的極距愈小，靈敏度愈高,受擊穿電壓的限制，一般極距取0.1～1mm左右；減小非線性誤差，選擇初始距離δ;微小位移量的測量；非接觸測量。r8.4電容式傳感器變極距式差動方式兩個變極距電容傳感器，被測位移使動片變化，引起極距差動變化，兩個輸出電容也差動變化，提高測量靈敏度。差動電容傳感器通常均接成電橋進行放大:電橋的相鄰兩個橋臂

動片定片定片δδ8.4電容式傳感器變面積式：相對面積變化輸出特性：線性測量1cm～10cm中等大小的位移靈敏度減小極距δ可提高靈敏度差動方式：提高靈敏度8.4電容式傳感器變介質(zhì)式輸出特性：線性靈敏度增加面積A、減小極距δ可提高靈敏度應用液位高低介電常數(shù)內(nèi)圓筒外圓筒介質(zhì)8.4電容式傳感器傳感器優(yōu)點輸入能量小而靈敏度高精度高達0.01%動態(tài)特性好，適合測量動態(tài)參數(shù)能量損耗小結構簡單，環(huán)境適應性好（高溫、輻射等）傳感器缺點電纜分布電容影響大8.4電容式傳感器電容式轉(zhuǎn)速傳感器flash動畫演示8.4電容式傳感器應用電容式傳感器的等效電路并聯(lián)電阻RP代表極板間泄漏電阻和介質(zhì)損耗，低頻時影響較大串聯(lián)電阻RS表征引線電阻、極板電阻，通常很小，它隨頻率增高而增大，只有在極高工作頻率時才考慮電感L包括電容器本身電感和外部接線電感諧振頻率：幾十兆赫工作頻率應低于諧振頻率（一般選為諧振頻率的1/2～1/3）8.4電容式傳感器應用電容測量的幾點考慮抗干擾：電容量很?。◣讉€pF~幾十個pF），易受外界電場的干擾，這樣，就要求采用輸入阻抗高，噪聲低的前置放大器，引出線應盡量短，采用屏蔽線，而且屏蔽線與殼體及可動電極應有可靠的接地，以盡量減小外電場的干擾應正確選擇極板間的絕緣材料，通常要求絕緣電阻在100MΩ以上，以減小漏電阻對測量精度的影響環(huán)境溫度：采用補償電橋以抵消介電常數(shù)隨溫度的變化,盡量選擇膨脹系數(shù)低的材料制造電容式傳感器，以減小尺寸隨溫度的變化8.4電容式傳感器應用電容式壓差傳感器結構：變間隙差動方式電容傳感器固定極板:兩個凹面鍍金的玻璃圓盤可動電極:一個金屬(不銹鋼)膜片當p1≠p2時，膜片彎向一側(cè)，那么兩個差動電容一個增大、一個減小，且變化量大小相同當壓差反向時，差動電容變化量也反向特點：結構簡單，靈敏度高，響應速度快(約100ms)，能測微小壓差(0～0.75Pa)