檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課件：第4章4電容傳感器

1、,第4章 4.2電容式傳感器,S 極板的遮蓋面積，單位為m2； 極板間介質(zhì)的介電常數(shù)； d兩平行極板間的距離，單位為m； 0 真空的介電常數(shù)，0 =8.85410-12 F/m； r 極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，對(duì)于空氣介質(zhì)，r 1。,4.2 電容式傳感器,4.2.1 基本工作原理 將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。,平行極板電容器的電容量為：,4.2 電容式傳感器,若極板間有多種絕緣介質(zhì)，電容量為：,對(duì)于同軸圓筒形電容，電容量為：,電容式傳感器按被測(cè)量所改變的電容器的參數(shù)分類(lèi)：變間隙型、變面積型、變介質(zhì)型。,輸出特性,一、變極距型,(a)圖,(b)圖,應(yīng)用：如P40差動(dòng)脈沖調(diào)寬法,直線位

2、移式結(jié)構(gòu),2. 變面積型電容傳感器,直線位移型電容傳感器具有線性輸出特性。,角位移變面積型,2. 變面積型電容傳感器,角位移式變面積型,3. 變介質(zhì)型傳感器,1.介質(zhì)的介電常數(shù)隨被測(cè)量(如溫度、濕度)變化，如電容式溫度傳感器、電容式濕度傳感器等； 2.電容極板間有二種介質(zhì)，二種介質(zhì)的厚度或位置變化，如電容式位移傳感器、電容式厚度傳感器、電容式液位傳感器等。,初始時(shí)：,P174,電容式液位傳感器,0,(1) 電極間無(wú)液體時(shí)電容：,(2) 電極間有液體時(shí)電容：,適用于非導(dǎo)電液體的液位測(cè)量,4.2.3等效電路分析,L是電容器本身電感 和引線電感，Rs是引線 電阻，Rp是電容器并聯(lián) 損耗電阻。,等效電

3、路參數(shù)決定諧振頻率，傳感器工作時(shí)要求 低于諧振頻率才能正常工作。,Ce:實(shí)際有效電容,4.2.4接口電路選擇,(1)變極距型電容傳感器,(2)變面積型電容傳感器，,P46,(3-2-6),(3-2-7),差動(dòng)式變極距型電容傳感器,圖3-2-6 (P46),. 電橋電路 (變壓器電橋組成半差動(dòng)等臂電橋),輸出電壓與被測(cè)位移成線性關(guān)系,圖3-1-6 (P43),、電容式傳感器應(yīng)用 電容式壓差傳感器 電容式加速度傳感器 電容式荷重傳感器 電容式應(yīng)變傳感器 電容式厚度傳感器 電容式位移傳感器,應(yīng)用,電容式厚度傳感器,適合測(cè)量絕緣板材的厚度,n是絕緣材料厚度與介質(zhì)決定的常數(shù)。,P184,3-2-6(P4

4、6),電容式金屬板材厚度測(cè)控原理,應(yīng)用在軋制金屬板材生產(chǎn)上，實(shí)時(shí)顯示金屬板材厚度，同時(shí)調(diào)節(jié)軋輥壓力，使板材厚度控制在一定誤差范圍內(nèi)。 由交流電橋（變壓器電橋）測(cè)量板材厚度引起的電容變化。,P185,電容傳感器的特點(diǎn),1電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn) （1）溫度穩(wěn)定性好 （2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng) （3） 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小，需要的作用能量極小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，特別適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。 2.電容式傳感器的缺點(diǎn)：輸出阻抗高，負(fù)載能力差。,作業(yè),1、根據(jù)參數(shù)變化，電容式傳感器有哪些類(lèi)型？簡(jiǎn)述各種類(lèi)型電容式傳感器的工作原理。 2、某電容測(cè)微器，其傳感器的圓形極板半徑為4mm，工作初始間距為0.3mm，介電常數(shù)=8.85