非电量测量-讲义02-电容式

电容式传感器VRCL+-IQ+-+-Ψ1I1M21+-Ψ2I2V2工作原理电容器由两个电极及电极间的介电物质组成。如图，两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为δSε传感器类型由该公式知，电容有三个影响因素，两个结构因素，一个物性因素，可以设计三类变面积型变极距型变介电常数型传感器基本结构变面积型电容式的实现Ｃ被测物体定极动极动极位移方向传感器基本结构变面积型电容式的实现Ｃ被测物体定极动极动极位移方向传感器基本结构变介电常数型电容式的实现Ｃ两电极都是定极Ｃ介电常数与湿度有关→测湿度介电常数与温度有关→测湿度介电常数与压力有关→测压力介电常数与光通量有关→测光通量．．．．．传感器基本结构特别的介质型电容式Ｃ介质位移型Ｃ介质厚度型除了变介质常数型外特别结构的电容式传感器圆柱形电容器

——变面积型Ｃ动极位移方向似乎无法设计成变极距型电容不够大→把两个电极与中间的介电物质卷成螺旋形式螺旋型电容器

——变面积型似乎也无法设计成变极距型特别结构的电容式传感器——差动式平板式变极距型更高灵敏度定极定极动极（共用）C1C2平板式变面积型定极定极动极（共用）C1C2完成阻抗式传感器设计的最后工作：dC→Ｖ测量电路之一：交流电桥←→电容电阻混合电桥纯电容电桥关于交流电桥，多说两句1.电路中为交流电时，电压Ｖ、电流Ｉ、电荷Ｑ等均为交变信号，用幅值与相位的复数表示；2.电压Ｖ与电流Ｉ之比为阻抗Ｚ，也是复数，其是电阻Ｒ，其实部是电抗Ｘ；3.阻抗的相位角反应电阻与电抗的成分：等于0，是纯电阻；等于π/2，是纯电感，等于-π/2，是纯电容。4.阻抗的实部（电阻R）反应的是能量的损耗，虚部（电抗X）是能量的存储（电场能或磁场能），X/R称为品质因子，记为Q，是衡量电抗纯度的指标，等于阻抗相位角的余切。Q的倒数称为损耗因子，记为D，等于阻抗相位角的正切。电感器常用Q，电容器常用D。关于交流电桥，…5.交流电桥中四个桥臂阻抗元件的阻抗的平衡条件是Z!Z2Z3Z4或注：电感的阻抗电容的阻抗电压比电流超前π/2电压比电流滞后π/2完成阻抗式传感器设计的最后工作：dC→df测量电路之二：调频电路将电容传感器接入高频振荡器的LC谐振回路中，作为回路的一部分。当被测量变化使传感器电容改变时，振荡器的振荡频率随之改变，即振荡器频率受传感器电容所调制。其电路组成原理框图如下所示。振荡器的输出频率f为输入输出相对变化值之间关系C电容式传感器的应用1.位移传感器（略，电容式传感器的基本应用就是测位移）2.角位移传感器变面积型还是变极距型？能否设计变极距型角位移传感器？电容式传感器的应用3.角速度（转速）传感器电容式传感器的应用4.加速度（转速）传感器被测物体加速度a弹性件质量块动极定极电容式传感器的应用5.振动传感器（类加速度传感器）被测物体振动频率与幅度弹性件质量块动极定极电容式传感器的应用6.力传感器F弹性件动极定极（重量传感器，符号”F“换成”G“）电容式传感器的应用6.压力传感器P弹性件动极定极测流体（气、液体）压强电容式传感器的应用7.差压传感器P1（兼弹性件）动极定极1定极2P2电容式传感器的应用8.电容式麦克风与耳机电容式传感器的应用8.电容式液位计如果是导电的液体（如电解液），插入一根表面覆盖绝缘层的电极棒，测量导电液体与电极棒之间的电容→液位；如果是不导电的液体（有机溶剂），容器为金属器，电极棒无需绝缘表层，测量容器与电击棒之间的电容→液位。电容式传感器的应用9.电容式温度计？双金属片动极定极变面积型电容式温度传感器电容式传感器特点及应用结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。特别提一下它的高分辨率（一般电阻式传感器难以企及）由于传感器的带电极板间的引力极小，需要输入能量低，所以特别适合于用来解决输入能量低的问题，如测量极小的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001μm，甚至更小的位移。非电量电量转化途径及传递系数传感器灵敏度1/d01/a0非电量位移电容相对变化量电压放大后的输出电压Vi/4Vi/2Vi/1单臂电桥差动半桥差动全桥混合电桥放大电路d0a0习题及问题电容传感器的工作原理及类型。变极距型（面积型、介质型）温度（