第5章-电容式传感器优质PPT.pptx

1、在在在在实实实实际际际际使使使使用用用用中中中中，通通通通常常常常保保保保持持持持其其其其中中中中两两两两个个个个参参参参数数数数不不不不变变变变，而而而而只只只只变变变变其其其其中中中中一一一一个个个个参参参参数数数数，把把把把该该该该参参参参数数数数的的的的变变变变化化化化转转转转换换换换成成成成电电电电容容容容量量量量的的的的变变变变化化化化，通通通通过过过过测测测测量电路转换为电量输出。平板式电容传感器可分为三种。量电路转换为电量输出。变极板间距离的变极板间距离的变极板间距离的变极板间距离的变极距型变极距型变极距型变极距型改变极板面积的改变极板面积的改变极板面积的改变极板面积的变面积型

2、变面积型变面积型变面积型改变介质介电常改变介质介电常改变介质介电常改变介质介电常数的变介质型数的变介质型数的变介质型数的变介质型 圆筒式电容器圆筒式电容器圆筒式电容器圆筒式电容器圆筒式电容器传感器可分为二种。圆筒式电容器传感器可分为二种。改变极板面积的变面改变极板面积的变面改变极板面积的变面改变极板面积的变面积型积型积型积型改变介质介电常数的改变介质介电常数的改变介质介电常数的改变介质介电常数的变介质型变介质型变介质型变介质型 电容式传感器的结构5.1.1 变面积型电容改变量与水平位移成线性关系电容改变量与水平位移成线性关系电容改变量与水平位移成线性关系电容改变量与水平位移成线性关系 1.1.

3、线位移变面积型线位移变面积型线位移变面积型线位移变面积型电容相对变化量为电容相对变化量为电容相对变化量为电容相对变化量为平板电容传感器平板电容传感器平板电容传感器平板电容传感器圆筒电容传感器圆筒电容传感器圆筒电容传感器圆筒电容传感器电容相对变化量为电容相对变化量为电容相对变化量为电容相对变化量为2.2.角位移变面积型角位移变面积型角位移变面积型角位移变面积型电容改变量与角位移呈线性关系。电容改变量与角位移呈线性关系。动极板定极板半圆面积半圆面积半圆面积半圆面积有效覆盖面积有效覆盖面积有效覆盖面积有效覆盖面积串联串联串联串联非线性非线性非线性非线性5.1.2 变介质型-平板结构未加介质的初始电容

4、为未加介质的初始电容为未加介质的初始电容为未加介质的初始电容为电容改变量为电容改变量为电容改变量为电容改变量为并联并联并联并联线性线性线性线性5.1.2 变介质型-圆筒结构电容增量与被测液位的高度成线性关系。电容增量与被测液位的高度成线性关系。并联并联并联并联5.1.3 变极距型电容式传感器简化简化简化简化近似直线关系近似直线关系近似直线关系近似直线关系 击穿问题一一一一般般般般极极极极板板板板间间间间距距距距在在在在2525200um200um范范范范围围围围内内内内，而而而而最最最最大大大大位位位位移移移移应应应应小小小小于于于于间间间间距距距距的的的的十十十十分分分分之之之之一一一一，因

5、因因因此此此此这这这这种种种种电电电电容容容容式式式式传传传传感感感感器器器器主主主主要要要要用用用用于于于于微微微微位位位位移移移移测测测测量。量。较小的较小的较小的较小的d d0 0会提高灵敏度，但过小容易引起击穿或短路，可以会提高灵敏度，但过小容易引起击穿或短路，可以会提高灵敏度，但过小容易引起击穿或短路，可以会提高灵敏度，但过小容易引起击穿或短路，可以极板间加入高介电常数材料，如云母。形成串联电容。极板间加入高介电常数材料，如云母。g g云母的相对介电常数，为云母的相对介电常数，为云母的相对介电常数，为云母的相对介电常数，为7.7.单位输入位移所引起的输出电容量变化与单位输入位移所引起

6、的输出电容量变化与单位输入位移所引起的输出电容量变化与单位输入位移所引起的输出电容量变化与d d0 0成反比关系成反比关系成反比关系成反比关系.变极距型电容式传感器的非线性展开展开展开展开略去高次项得到线性关系略去高次项得到线性关系略去高次项得到线性关系略去高次项得到线性关系灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度非线性误差非线性误差：非线性误差：提高灵敏度要求提高灵敏度要求提高灵敏度要求提高灵敏度要求d d0 0减小，而减小非线性误差要求增大减小，而减小非线性误差要求增大减小，而减小非线性误差要求增大减小，而减小非线性误差要求增大d d0 0，两者矛盾。常采用差动结构。两者矛盾。差动结构通过测量电路取出两电

7、容器的差值通过测量电路取出两电容器的差值通过测量电路取出两电容器的差值通过测量电路取出两电容器的差值差动的好处灵敏度得到一倍的改善灵敏度得到一倍的改善灵敏度得到一倍的改善灵敏度得到一倍的改善线性度得到改善线性度得到改善线性度得到改善线性度得到改善5.2电容式传感器的测量电路5.2.1 5.2.1 调频电路调频电路调频电路调频电路初始时电容无改变初始时电容无改变初始时电容无改变初始时电容无改变有被测信号，电容改变有被测信号，电容改变有被测信号，电容改变有被测信号，电容改变5.2.2 运算放大器输出电压与输入位移间存在线性关系。输出电压与输入位移间存在线性关系。对平板电容器：联立解得联立解得联立解

8、得联立解得设放大器输入阻抗高，设放大器输入阻抗高，设放大器输入阻抗高，设放大器输入阻抗高，OO点虚地，点虚地，点虚地，点虚地，I Ii i=0=05.2.3 变压器式交流电桥若若若若C C1 1,C,C2 2为变极距型电容式传感器，则有为变极距型电容式传感器，则有为变极距型电容式传感器，则有为变极距型电容式传感器，则有线性关系线性关系线性关系线性关系5.2.4 二极管双T型交流电桥当传感器没有输入时，当传感器没有输入时，当传感器没有输入时，当传感器没有输入时，C C1 1C C2 2，一个周期内流过负载的平，一个周期内流过负载的平，一个周期内流过负载的平，一个周期内流过负载的平均电流为均电流为均电流为均电流为0 0。当传感器有输入时，。当传感器有输入时，C C1 1 C C2 2。5.3 电容式传感器的应用5.3.1 5.3.1 电容式压力传感器电容式压力传感器5.3.2 电容式位移传感器5.3.3 电容式加速度传感器5.3.4 电容式厚度传感器