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文档简介
2.4
电容式传感器
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。电容式传感器变间隙型变面积型变介质型ε——极板间介质的介电系数；ε0——真空的介电常数，ε0=8.854×10-12F/m；εr
——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，εr
≈1。2.4.1电容式传感器的工作原理及特性2.4.1.1基本工作原理平行极板电容器的电容量为：+-2.4.1.2电容式传感器的类型和特性1.变极距型电容传感器极板2上移：设动极板未移动时极板间距为δ0初始电容量为：电容的相对变化量为：略去高次项，得：所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足Δδ<<δ0的条件。且一般Δδ只能在极小的范围内变化。非线性误差与Δδ/δ0有关。其表达式为：传感器的灵敏度为：差动式变间隙型电容传感器动极板定极板定极板C1
δ1C2
δ2动极板上移时：初始位置时，提高一倍减小略去高次项：电容量的相对变化为：非线性误差为：灵敏度：2.变面积型电容传感器(角位移变面积型)θ定片动片（a）角位移式板状线位移变面积型b（b）直线位移式aδx板状线位移变面积型线性
当其中一个极板发生x位移后，改变了两极板间的遮盖面积S
，电容量C同样随之变化。同心圆筒形线位移电容式传感器初始电容C0为：当内筒上移x时，内外筒间的电容C1为：D1D0Lx与x成线性关系设L为筒高，距离轴线为x的电介质中一点的电场强度为E=Q/2πεxL，两圆筒间电压U=积分Edx=r到R的积分Edx=Q/2πεL*ln（R/r），再根据Q=CU，得C=2πεL/㏑(R/r)。注:电场强度为E=Q/2πεxL，是关于x的函数，然后对E积分得到两圆筒之间的电压U，再根据Q=CU求得C，积分是纯数学问题。(a)厚度传感器δx3.变介电常数型电容传感器(a)单组式平板形厚度传感器图3-6厚度传感器的等效电路CC1C2C3设固定极板长度为a、宽度为b、两极板间的距离为δ；被测物的厚度和它的介电常数分别为δx和ε
δxε1CBld2d1ε2xCA(b)线位移传感器图3-7线位移传感器等效电路CACBC单组式平板形线位移传感器设极板宽度为b，板间无介质ε2
时，传感器的电容量为：插入介质ε2后的电容量为：ε1CBld2d1ε2xCA所以(c)液位传感器图3-8液位传感器的等效电路C2C1C
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