传感器与检测技术3.4 电容式传感器-3

3.4电容式传感器3.4.1电容式传感器的工作原理3.4.2电容式传感器主要性能3.4.3电容式传感器的特点和设计要点3.4.4电容式传感器等效电路3.4.5电容式传感器测量电路3.4.6电容式传感器的应用3.4.7容栅式传感器3.4.6电容式传感器的应用(1)电容式差压传感器(2)电容式振动位移传感器(3)电容式加速度传感器P2玻璃盘镀金层金属膜片C2电极引线p1C1电容式差压传感器结构简单、灵敏度高、响应速度快(约100ms)能测微小压差(0～0.75Pa)、真空或微小绝对压力需把膜片的一侧密封并抽成高真空(10-5Pa)即可电容式位移传感器应用231B面A面546Cx1Cx21、5－固定极板2－壳体3－簧片4－质量块6－绝缘体精度较高，频率响应范围宽，量程大，可以测很高的加速度电容式加速度传感器电荷平衡式位移传感器0RMMRCVCVRRMMCVCV可变电压VM与测头的位置成比例已在类似于孔径测量仪等便携式测量工具中应用。3.4电容式传感器3.4.1电容式传感器的工作原理3.4.2电容式传感器主要性能3.4.3电容式传感器的特点和设计要点3.4.4电容式传感器等效电路3.4.5电容式传感器测量电路3.4.6电容式传感器的应用3.4.7容栅式传感器3.4.7容栅式传感器(1)基本类型及工作原理(2)容栅传感器电极的结构形式(3)信号处理方式(4)容栅式传感器应用(1)基本类型及工作原理长容栅圆容栅片状柱状长容栅abnCmaxn－动尺栅级片数a,b－栅极片长度和宽度CCmax0aW3a2Wx柱状圆容栅22122maxrranCr2,r1－圆盘栅极片外半径和内半径a－每条栅极片对应的圆心角（rad）(2)容栅传感器电极的结构形式（a）直电极反射式（b）直电极透射式（c）反射式L型电极(a)直电极反射式结构形式简单，使用方便，移动过程中，导轨的误差对测量精度影响较大(b)直电极透射式测量调整方便、安装误差和运行误差的影响降低、制造安装困难(c)反射式L型电极增大反射电极的面积，增加耦合的电容量，提高传感器的灵敏度，增强抗干扰能力和提高稳定性(3)信号处理方式鉴幅式测量电路系统可达到0.001mm分辨力，主要在测长仪上使用，鉴相式测量电路系统分辨力为0.01mm，主要在电子数字显示卡尺等数显量具上使用。（a）鉴幅式测量系统0)()(21BmAmCUUCUU01221)(21lxUUUUUm（b）鉴相式测量系统tsincostcoslxUC)tsin(UlxlC)tsin(UCtsinUC)tsin(UC)tsin(UlxCQmmmmmmM14221244200000000式中，Um——发射电极激励信号基波电压幅值；ω——发射电极激励信号基波电压的频率。alx021b14cos2tbabtbaabaUCQmMsincos2222220设tbaUCQmMsin220设sin22baacos22bab14cos221arctanarctan0lxba反映了传感器输出电压相位的变化规律，而又与位移x有关，故通过测量输出电压的相位，就可间接的测量位移的大小。鉴相式测量电路具有较强的抗干扰能力。鉴相式测量电路在理论上还存在非线性误差，同时由于激励电压含有高次谐波，影响了测量精度。(4)容栅式传感器应用主要应用于量具、量仪和机床数显装置。角位移容栅传感器已在电子数显千分尺及机床分度盘中应用。线位移容栅传感器已在电子数显卡尺、数显深度尺、数显高度尺、机床数显标尺中应用Endthe3.3