PPT《第3章    电容式传感器》

第3章??? 电容式传感器 电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感器元件,将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器.

优点: 结构简单,可以不用有机材料和磁性材料构成,所以能在高 温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作;

可非接触测量;

灵敏度高;

响应时间短,适合在线和动态测量;

极间的相互吸力十分微小,保证了比较高的测量精度;

缺点:易受分布电容和外界干扰的影响,负载能力弱,存在非线性等. 3.1 电容式传感器的工作原理及结构类型3.2 电容式传感器的等效电路 3.3 电容式传感器的测量电路3.4 电容式传感器的应用 3.1 电容式传感器的工作原理及结构类型

一、工作原理及结构类型

二、变间隙式电容传感器

三、变面积式电容传感器

四、变介电常数式电容传感器

五、电容式传感器的分类

六、电容式传感器的输出特性

一、工作原理及结构类型 电容式传感器是一个具有可变参数的电容器. 多数场合下,电容器是由两个金属平行板组成,且以空气为介质.如果不考虑边缘效应,电容器的电容量 : S ――两平行极板所覆盖的面积;

D ――两平行极板之间的距离;

? ――极板间介质的介电常数;

?0 ――真空介电常数(8.854*10-12 F?m-1)?r ――介质相对真空的介电常数, ?r空气≈1,其它介质?r >

1. 当被测量使得S 、d 或? 发生变化时,电容量C 也随之变化.一般保持其中两个参数不变而仅改变另一个参数,就可把该参数的变化转换为电容量的变化. 电容式传感器可分为三种类型:变间隙式(变极距式、变间距式)、变面积式和变介电常数式. (a)、(b)变间隙式;

(c)、(d)、(e)、(f)变面积式;

(g)、(h)变介电常数式

二、变间隙式电容传感器 初始电容 当?dC2,即d1=d0-Δd,d2=d0+Δd,则 若为差动变极板面积电容传感器 特点:(1) 输出电压与被测位移(或面积变化)成线性关系;

(2) 效率高,不需要解调器,信号只要经过低通滤波器就有较大的直流输出;

(3) 不需要载波;

调宽频率的变化对输出无影响;

不像调幅线路那样,需对元件提出线性要求;

由于低通滤波器作用,对输出矩形波纯度要求不高.

五、调频测量电路 调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分.当输入量导致电容量发生变化时,振荡器的振荡频率就发生变化,将频率的变化在鉴频中变换为振幅的变化,经过放大后就可以用仪表指示或用记录仪器记录下来.也可以直接通过计数器测定其频率资.(输入→ ?C → Δf → ?U ) 调频接收系统分为直放式调频(a)和外差式调频(b)两种类型. 外差式调频线路比较复杂,但是性能远优于直放式调频电路.其主要优点是选择性高,特性稳定,抗干扰性能强,灵敏度高. 调频振荡器的振荡频率由下式决定: 式中 L ――振荡回路的电感;

C――总电容.C=Cl+Cc+C0±?C;

其中 C1――振荡回路的固有电容;

Cc――传感器的引线分布电容;

C0±?C――传感器的电容. 当被测信号为0时, ?C =0,则C=Cl+Cc+C0,所以振荡器有一个固有频率 当被测信号不为0时,即?C≠0,振荡频率有相应变化,此时,频率为 优点: 灵敏度高,可测量0.01?m甚至更小位移;

抗干扰能力强;

能获得高电平直流信号(伏特数量级)或频率数字信号(易用于数字仪器和计算机接口);