第05章 电容式传感器
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1、11第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器11第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器22第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器22第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器优点：优点：高阻抗，小功率。高阻抗，小功率。灵敏度高，具有较高的信噪比和系统稳定性。灵敏度高，具有较高的信噪比和系统稳定性。良好的动态特性。良好的动态特性。结构简单，适应性强。结构简单，适应性强。可进行非接触测量。可进行非接触测量。本身发热影响小。本身发热影响小。缺点：缺点：变间隙电容传感器非线性较严重。变间隙电容传感器非线性较严重。输出阻抗很高。输出阻抗很高。寄生电容大。寄生电容大。33第第7章章 磁电式传感器磁电
2、式传感器33第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器应用：应用： 44第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器44第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器电容式接近开关电容式接近开关电容式指纹传感器电容式指纹传感器电容式变送器电容式变送器差压传感器各种电容式传感器各种电容式传感器55第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器55第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器电容式传感器典型应用电容式传感器典型应用硅微电容式传感器硅微电容式传感器测量管道液位高度测量管道液位高度66第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器66第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章
3、电容式传感器5.1 5.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理在忽略在忽略边缘效应边缘效应时，平板时，平板电容器的电容为电容器的电容为 dACr01 1 平板电容器平板电容器77第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器77第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器边缘效应边缘效应：1）边缘效应产生的原因）边缘效应产生的原因2）产生的后果）产生的后果:边缘效应将使电容量增大，灵敏度降边缘效应将使电容量增大，灵敏度降低。低。+-图图5-3 5-3 边缘效应边缘效应 88第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器88第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器3）消除边缘效
4、应的方法）消除边缘效应的方法增大初始电容量，即可适当增大极板面积、增大初始电容量，即可适当增大极板面积、 减小极减小极板间距。板间距。采用等位环的方法。采用等位环的方法。图图5-4 5-4 消除边缘效应消除边缘效应99第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器99第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 d 距离，称变极距型传感器距离，称变极距型传感器 S S 面积，称变面积型传感器面积，称变面积型传感器 介质，称变介质型传感器介质，称变介质型传感器变极距型传感器变极距型传感器按电容器参数变化特性分类按电容器参数变化特性分类电容器电容器 C 可以通过改变可以通过改变 5.2 5.2
5、电容式传感器的结构类型及主要特性电容式传感器的结构类型及主要特性1010第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1010第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器变面积型传感器变面积型传感器1111第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1111第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器变介质型传感器变介质型传感器1212第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1212第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器5.2.1 5.2.1 变极距型平板电容式传感器变极距型平板电容式传感器设动极板未移动时极板间距为设动极板未移动时极板间距为d0,初始电容量为：初始电容量为
6、：00A dC（5.2.1）1313第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1313第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器极板极板2 2上移上移d d：电容的相对变化量为：电容的相对变化量为： 10000dddddddCCdddCddddAdAddAC000000 （5.2.2）（5.2.3）1414第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1414第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 00ddCC所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足dddd0 0的条件。且一般的条件。且一般dd只能在极小的范围内变化。只能在极小的范围内变
7、化。一般取一般取d/dd/d=0.020.1=0.020.1。时，当1/0dd .13020000ddddddddCC级数展开级数展开（5.2.4）（5.2.5）1515第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1515第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 %1000020ddddddr）（式（式（5.2.4）略去二次方以上各项，得）略去二次方以上各项，得 )(1 000ddddCC（5.2.6）图图5-5 5-5 变间隙式传感器的非线性变间隙式传感器的非线性1616第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1616第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 120200
8、0ddAdCdCK传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：（5.2.7）说明说明: :1 1）灵敏度）灵敏度K K与极距与极距d d0 0的平方成反比。的平方成反比。2) 2) 为了提高灵敏度，减小非线性，常采用差动电容为了提高灵敏度，减小非线性，常采用差动电容式传感器式传感器. . 1717第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1717第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器d d0 0越小，灵敏度越高。越小，灵敏度越高。d d0 0过小，容易引起电容击穿或短路。过小，容易引起电容击穿或短路。 采取的措施：可在极板间放置云母片或其它介电常数采取的措施：可在极板间放置云母片或其它介电
9、常数高的材料。高的材料。0dydyAC图图5-6 5-6 极板间放置云母片极板间放置云母片1818第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1818第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器图图5-7 5-7 差动电容式传感器差动电容式传感器差动电容式传感器差动电容式传感器1919第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器1919第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器初始位置时，初始位置时，00, 021 dSCddddddddd0201,1000011 ddCddSCCC1000021 ddCddSCCC（5.2.9）（5.2.8）2020第第7章章 磁电式传感器磁电式传
10、感器2020第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器时，当1/0dd .13020001ddddddCC .13020002ddddddCC .22300021ddddCCCC（5.2.10）（5.2.11）（5.2.12）2121第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2121第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 S2 22000ddCdCK %100%10020030 ddddddr略去高次项：略去高次项：电容量的相对变化为电容量的相对变化为 ： 12402000 ）（）（ddddddCC非线性误差为：非线性误差为： 002ddCC（5.2.15）（5.2.
11、14）（5.2.13）（5.2.16）2222第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2222第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器 板状线位移变面积型板状线位移变面积型 当动极板沿箭头所示的方向移动当动极板沿箭头所示的方向移动x x时，其电容量为时，其电容量为 传感器的灵敏度为传感器的灵敏度为图图5-8 5-8 变面积式板状线位移变面积式板状线位移dbxCKax CC05.2.2 5.2.2 变面积型电容传感器变面积型电容传感器dbxaCCCr/)(002323第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器2323第第7章章 磁电式传感器磁电式传感器第5章 电容式传感器说明说明: :1.
