5第五章 电容式传感器5-1

第五章电容式传感器以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。电容式传感器变间隙型变面积型变介质型SCε——极板间介质的介电系数；ε0——真空的介电常数，ε0=8.854×10-12F/m；εr——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，εr≈1。5.1电容式传感器的工作原理及特性5.1.1基本工作原理平行极板电容器的电容量为：0r51SSC（）+-极板2上移：设动极板未移动时极板间距为δ0初始电容量为：电容的相对变化量为：0000531CC（）00SC000000CSSSC5.1.21.变极距型电容传感器略去高次项，得：）（5300CC所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足Δδδ0的条件。且一般Δδ只能在极小的范围内变化。时，当10/23000001......54CC（）022000157CCSK（）非线性误差与Δδ/δ0有关。其表达式为：2000100%56r（）（）传感器的灵敏度为：动极板定极板定极板C1δ1C2δ2差动式变间隙型电容传感器动极板上移时：初始位置时，00021SC,0201,1000011CSCCC1000021CSCCC时，当10/......CC30200011......CC3020002131200022......58CCCC（）0200S22512CCK（）32000100%100%511r（）提高一倍减小略去高次项：电容量的相对变化为：2400002159CC（）（）（）非线性误差为：灵敏度：002510CC（）2.变面积型电容传感器(角位移变面积型)0CCθ定片动片（a）角位移式，0SC0，00011513SCCCC（）电容的相对变化量为：b（b）直线位移式aδx板状线位移变面积型线性当其中一个极板发生x位移后，改变了两极板间的遮盖面积S，电容量C同样随之变化。axCC0001514xbaxxCCCCa（）电容的相对变化量为：初始电容C0为：10002DDlnLCLxCDDlnxLC1201001当内筒上移x时，内外筒间的电容C1为：D1D0Lx与x成线性关系LCC0x同心圆筒形线位移电容式传感器(a)厚度传感器δx3.(a)单组式平板形厚度传感器图5-6厚度传感器的等效电路CC1C2C3设固定极板长度为a、宽度为b、两极板间的距离为δ；被测物的厚度和它的介电常数分别为δx和εabC1x2abC1C10x31321C1C111CCδx0515xxabC（）xababx2CxCC100xxxxxx)()(C)(CabCCCC11111000000000时，当1/x电容的相对变化量为：ε1CBld2d1ε2xCA(b)线位移传感器图5-7线位移传感器等效电路CACBC单组式平板形线位移传感器设极板宽度为b，板间无介质ε2时，传感器的电容量为：0112516blCdd（）插入介质ε2后的电容量为：112221111517ABCCCbxblxdddd（）1C221112100022111210ddddlxCClxlCddddlxε1CBld2d1ε2xCA12121210ddlxCC所以:120011221518xCCCdld（）2211221200ddddlxCC电容的相对变化量为：(c)液位传感器图5-8液位传感器的等效电路C2C1C圆筒式液位传感器首先12002r/rlnhC12002r/rlnhC2r22r1hhx1212r/rlnhCx12022r/rlnhhCxRRF02121002121000022ln/ln/22ln/ln/519xxxxhhhCrrrrhhrrrrCChh（）hhCCx000与被测液位hx成线性关系。12002r/rlnhC2r22r1hhx