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1、题目：电容式位移传感器设计学院：建筑与土木工程学院 专业：土木工程班级：08级1班姓名：李向阳学号：25120082201461电容式位移传感器设计以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式 传感器。电容传感器的形式很多，常使用变极距式电容传感器和变面式电容传感 器进行位移测量。电容位移传感器是一种非接触电容式原理的精密测量仪器，具有一般 非接触式仪器所共有的无磨擦、无损磨和无惰性特点外，还具有信噪比大，灵敏度高，零漂小，频响宽，非线性小，精度稳定性好，抗电磁干扰能力 强和使用操作方便等优点。在国内研究所，高等院校、工厂和军工部门得 到广泛应用，成为科研、教学和生产中一

2、种不可缺少的测试仪器(1).变极距式电容传感器图2是空气介质变极距式电容传感器的工作原理图。图中一个电极板固定不变，称为固定极板，另一极板间距离d响应变化，从而引起电容量的变化。因此， 只要测出电容量的变化量/ C,便可测得极板间距变化量，即动极板的位移量/ d 变极距电容传感器的初始电容 Co可由下式表达，即图2喪极距式电容佞感器变軀生弍电容鶴感證特性曲感式中：& 真空介电常数(8.85 X 10-12F/m)A极板面积(ni)do极板间距初始距离(n)传感器的这种变化关系呈非线性，如图 3所示。当极板初始距离由do减少/ d时，则电容量 相应增加/ C,即r ._ 氏 A _ Co

3、1 do电容相对变化量/ C/Co为占G -丛d ri id f1在实际使用时常采用近似线性处理，即竺二ZCo do此时产生的相对非线性误差 丫 0为yoZ+|±| x 100%这种处理的结果，使得传感器的相对非 线性误差增大，如图4所式。为改善这种情况，可采用差动变极距式 电容传感器，这种传感器的结构，如图 5 所示。它有三个极板，其中两个固定不动， 只有中间极板可产生移动。当中间活动极 板处于平衡位置时，即d仁d2=do,则 C1=C2=Co如果活动极板向右移动/ d,则 d1=do- / d,d2=do+ /d,采用上述相同的近 似线性 处理方法，可得传感器电容总的相 对变化，

4、为Ci-CeCq Cq J do阴&变极距怯屈器M-昭特性曲线图5卑动吏极距式电容传感器传感器的相对非线性误差 丫 o为Y.=±不难看出，变极距式电容传感器改成差动之后，不但非线性误差大 大减小，而且灵敏度也提高了一倍。&夷面积式电容伎感器结利(2).变面积式电容传感器图6是变面积式电容传感器结构示意 图，它由两个电极构成，其中一个为固定 极板，另一个为可动极板，两极板均成半 圆形。假定极板间的介质不变(即电介质 常数不变)，当两极板完全重叠时，其电 容量为Co二/ A/d当动极板绕轴转动一个a角时， 两极板的对应面积要减小/ A,则传感器的 电容量就要减小/ G如果我们把这种电容 量的变化通过谐振电路或其它回路方法检 测出来，就实现了角位移转换为电量的电 测变换。电容式位移传感器的位

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