传感器与测试技术课件电容传感器.ppt

第二篇常用传感器的原理及应用 1 掌握传感器工作原理及特性2 掌握测量电路3 了解传感器的应用 第7章电容式传感器 7 1工作原理及特性 工作原理 将被测量转化为电容量变化 两平行极板组成的电容器 其电容量为 A或 发生变化时 都会引起电容的变化 1 极距 变化型 灵敏度 灵敏度s与极距的平方成反比 极距越小 灵敏度越高 但极距减小受电容极板间击穿电压的限制 一般 0 0 1 1mm左右 电容量C与极距 呈非线性关系 为了减小非线性误差 通常极距变化范围 0 0 01 0 1 此类电容传感器仅适于微小位移的测量 0 01 m 数百微米 非接触测量 工作特性 实际应用中 为了提高传感器的灵敏度 增大线性工作范围和克服外界条件 如电源电压 环境温度等 的变化对测量精度的影响 常常采用差动型电容式传感器 2 面积变化型 常用的有角位移型和线位移型两种 由于平板型传感器的可动极板稍有极距方向移动会影响测量精度 因此 一般情况下 变面积型电容式传感器常做成圆柱形 当覆盖长度x变化时 电容量变化 其灵敏度为 圆筒形电容器的电容为 面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系 但与极板变化型相比 灵敏度较低 适用于较大角位移及直线位移的测量 图中 厚度为 2的介质 2为其介电常数 在电容器中左右运动 由于电容器中介质的介电常数改变 电容量改变 设电容器极板宽度为b 介质 2的宽度大于等于b 当极板间无介质 2时 3 介电常数变化型 存在介质时 C CA CB 并联 其中 1 2 从而 灵敏度 常用于测量电介质的厚度 位移 液位 还可根据极板间介质的介电常数随温度 湿度 容量改变而改变来测量温度 湿度 容量等 目前较常采用的有电桥电路 谐振电路 调频电路 运算放大电路 差动脉冲宽度调制电路等 7 2测量电路 1 电桥电路 2 谐振电路 电容传感器的电容Cx作为谐振回路 L2 C2 Cx 调谐电容的一部分 谐振回路通过电感耦合 从稳定的高频振荡器取得振荡电压 当传感器电容发生变化时 使得谐振回路的阻抗发生相应的变化 被转换为电压或电流 再经过放大 检波即可得到相应的输出 3 调频电路 4 运算放大器电路 输出电压与间隙成线性关系 5 脉冲宽度调制电路 直流输出电压与输入 间隙变化 成线性关系 7 3电容式传感器的应用 电容式传感器的优点 输入能量小而灵敏度高 精度高达0 01 3 动态特性好 适合测量动态参数 4 能量损耗小 5 结构简单 环境适应性好 高温 辐射等 缺点 电缆分布电容影响大 集成电路 双屏蔽传输电缆等 降低分布电容的影响 电容式传感器广泛应用在位移 压力 流量 液位等测试中 齿轮转动时 电容量发生周期性变化 通过测量电路转换为脉冲信号 则频率计显示的频率代表转速大小 设齿数为z 频率为f 则转速为 电容式传声器 陶瓷电容压力传感器 液体压力作用在陶瓷膜片的表面 使膜片产生位移 电容式液位传感器 液位计 料位计 电容式接近开关 本章小结 1 工作原理及特性2 测量电路3 传感器的应用 习题与思考题 P152 2 3