5第五章电容式传感器1精品PPT课件

传感器原理及工程应用
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（d）
（4）改善击穿条件的办法就是在极板
间放置云母片。此时电容器相当于介 质为空气的电容器 C0和介质为云母片 的电容器Cg相串联。这个电容器的总 电容为：
g 云母相对介电系数 0 空气介电系数
dg 云母片的厚度 d0 空气隙厚度
第5章 电容式传感器
C d
C0
d0
C
C0
d d0
C
C0
C
C0
C0
d d0
第5章 电容式传感器 5.2 电容传感器输dd0 出1特性
1 变极距型（d）
传感器原理及工程应用
（2）非线性误差。由于电容量△C与△d不是线性关系，
只有当忽略高次项后才能得到近似线性关系。也就存在 一个相对非线性误差δ。
2
d
d0 100% d 100%
A
d0 d
A
d0
(1
d d0
)
C0
1
1 d
d0
增加的电容量为：
电容的相对变化量:
第5章 电容式传感器
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（d） 讨论：
传感器原理及工程应用
（1）在 d d0 条件下我们忽略高次项。变极间距 所产生的电容的变化量△C与极板间距的变化量
△d之间近似线性关系。即：
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
第5章 概述
电容式传感器
传感器原理及工程应用
各种电容式传感器 电容式接近开关
电容式变送器
电容式指纹传感器
差压传感器
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
5.1 电容传感器工作原理和类型
❖ 电容式传感器是将被测非电量变化成电容量的变化，
电容器 C 可以通过改变 A — 面积，称变面积型传感器
d——距离介，质称，变称极变距介型质传型感传器感器
掌握不同类型电容式传感器的构造原理、 特性及用途。
学会分析差动式电容传感器的灵敏度、非 线性误差。
掌握电容式传感器测量电路。
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
概述
➢电容式传感器的特点是： • 小功率、高阻抗;本身发热影响小; • 电容器小几十～几百微法，具有高输出阻抗; • 静电引力小（极板间），工作所需作用力很小； • 可动质量小,具有高的固有频率动态响应特性好； • 可进行非接触测量。 ➢ 传统电容式传感器主要用于位移、振动、角度、 加速度等机械量精密测量。现逐渐应用于压力、压 差、液面、成份含量等方面的测量。
传感器原理及工程应用
第5章 电容式传感器
第5章 电容式传感器
主要内容：
传感器原理及工程应用
5.1 电容传感器工作原理和结构 5.2 电容传感器输出的灵敏度和非线性 5.3 电容传感器的等效电路 5.4 电容式传感器的测量电路 5.5 电容式传感器的应用
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
本章重点：
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（ d ）
传感器原理及工程应用
电容的总的变化量
C
C1
C2
2C0
[
d d0
( d d0
)3
]
电容的相对变化量 C 2 d [1 ( d )2 ( d )4 ]
C0
d0
d0
d0
电容特征方程忽略高次项得： C 2 d
C0
d0
提问与解答环节
Questions And Answers
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（d）
传感器原理及工程应用
C A 0r A
dd
当 d减小 时d
电容 C 增加 C
初始电容
C0
A
d0
d d0 d
C C0 C
C
d
ΔC
C0
Δd
ε
d
d
第5章 电容式传感器
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（d）
电容为：
传感器原理及工程应用
C
C0
C
C A
d
A
d ε
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
5.1 电容传感器工作原理和类型
变极距型传感器：
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
5.1 电容传感器工作原理和类型
变面积型传感器：
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
5.1 电容传感器工作原理和类型
变介质型传感器:
第5章 电容式传感器
（3）灵敏度：平板型改变极间距的电容式传感器
的灵敏度为:电容的相对变化量和极板间距离的
变化量之比。
C
(K
C0 1 )
d
d0
2
d
d0 100% d 100%
d
d0
d0
虽然 d0 越小灵敏度K越高，但灵敏度越高非线性 误差就会增加。这就存在矛盾。另外当d0 过小时 容易引起电容器的击穿。
第5章 电容式传感器
第5章 电容式传感器 5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（ d ）
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差动结构的电容特征方程式为（当动极板向上移动时）
C1
C0
C
C0
1
1 d
d0
C0[1
d d0
( d )2 d0
]
定极板
C2
C0 [1
d d0
( d d0
)2
]
动极板
C1 d1 C2 d2
定极板
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5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（d）
传感器原理及工程应用
结论： • 要提Hale Waihona Puke Baidu传感器灵敏度 K 应减小初始极距 d，0
但初始极距受电容击穿电压限制； • 非线性随相对的位移的增加而增加，为保证线性
度应限制相对位移；变极距型电容传感器适合测 小位移； • 起始极距使误差与灵敏度之间相矛盾， 为提高 灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构。
d
d0
d0
非性线误性差误δ就差在和2％d～d0 1有0％关之，间如。果也当就d是d0 说0.，02在~ 0d.1产时生，微则小非变线
化△d时，会产生比较大的非线性误差。显然这种单极板
式变间距型传感器适用于微小位移的测量
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（d）