单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第三章 电容式传感器,电容器是电子技术中三大无源元件（电阻、电容、电感）之一。,电容式传感器是将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的-种传感器。,19201925年Whiddington就利用电容传感器成功测量了大气压下的,9.310,-4,Pa,的压力变化，,10,-8,cm,机械位移，,1/16000,的温度变化，,10,-10,N,的重量等。,优点：,温度稳定性好；结构简单、适应性强；动态响应好；可以实现非接触测量，具有平均效应点；机械损失小。,缺点：,输出阻抗高，负载能力差；寄生电容影响大；输出特性非线性,应用：,位移、压力、厚度、物位、温度、湿度、振动、转速、流量及成分分析等。,第三章 电容式传感器 电容器是电子技术中三大,1,一、,电容式传感器的工作原理,两个平行金属极板组成的电容器，如果不考虑其边缘效应，其电容为：,改变电容C的方法有三种：,其一为改变介质的介电常数；其二为改变形成电容的有效面积；其三为改变两个极板间的距离。而得到电参数的输出为电容值的增量C，这就成了电容式传感器。,根据上述原理，在应用中,电容式传感器可以有三种基本类型，,即变极距(或称变间隙)型、变面积型和变介电常数型。,一、电容式传感器的工作原理,2,1,、变面积型：,变面积型传感器是线性的。增大初始电容,C,0,可以提高灵敏度,K,，这种传感器主要用于位移等参数的测量。,1、变面积型：,3,2,、变介电常数型：,变介电常数型传感器是线性的。增大初始电容,C,0,可以提高灵敏度,K,，这种传感器主要用于物位测量、介电常数测量和测厚仪。,2、变介电常数型：,4,3,、变间距型（常用形式）,当极板距离有一个增量,d,时，则传感器电容为：,3、变间距型（常用形式）,5,灵敏度K为,非线性误差为：,常采用差动式电容传感器，此时电容传感器输出为：,灵敏度K为,6,灵敏度为：,非线性误差为：,变面积型和变介电常数型(测厚除外)电容传感器具有很好的线性。但它们的结论都是忽略了边缘效应得到的。实际上由于边缘效应仍存在非线性问题，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。,灵敏度为：,7,二、电容式传感器的测量电路,调制型电路分为：,调频电路和调幅电路；,1交流激励法，2.交流电桥电路,脉冲型电路，,脉冲型转换电路的基本原理是利用电容的充放电。两种性能较好，较常用的电路为：双T型充放电网络，脉冲调宽型电路。,二、电容式传感器的测量电路,8,1.,交流电桥,1.交流电桥,9,2,脉冲宽度调制电路,2脉冲宽度调制电路,10,第三章-电容式传感器分解ppt课件,11,令 ，则电路输出为：,为触发器输出高电平，当电容为变间距电容传感器时，,令 ，则电路输出为：,12,三、,误差分析,1温度的影响,从选材、结构、加工工艺等方面可以有效的减小温度误差，同时保证绝缘材料具有高的绝缘性能。,2边缘效应及其消除,边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低而且产生非线性因此应尽量消除或减小它。消除边缘效应的方法：,增加原始电容值,加装等位环,3寄生与分布电容的影响及消除,寄生电容是电容极板与周围物体产生的电容,。它改变电容传感器的电容量且本身极不稳定，影响传感器的灵敏度，而它的变化则为虚假信号影响仪器的精度，必须消除和减小它。,三、误差分析,13,消除和减小寄生电容可采用如下方法：,增加原始电容值可减小寄生电容的影响。,注意传感器的接地和屏蔽。,将传感器与电子线路的前置级(集成化)装在一个壳体内，省去传感器至前置级的电缆。,采用驱动电线技术(也称双层屏蔽等位传输技术)。,采用运算放大器法,整体屏蔽法。防止和减小外界干扰,消除和减小寄生电容可采用如下方法：,14,四、电容传感器的应用,四、电容传感器的应用,15,第三章-电容式传感器分解ppt课件,16,第三章-电容式传感器分解ppt课件,17,第三章-电容式传感器分解ppt课件,18,