第三章 电容式传感器

同学们好！第三章电容式传感器1920~1925电容传感器用于测量70~80年代，应用广泛

集成电容传感器CapacitiveSensor第三章电容式传感器§3-1电容式传感器的原理和结构一、基本工作原理Principle&StructureofCapacitiveSensorBasicWorkingPrinciple1、平板电容器FlatCapacitor第三章电容式传感器C——电容量，单位：F法拉——真空介电常数，8.85×10-12F/m——极板间介质的相对介电常数A——极板的有效面积（m2）——两平行极板间的距离（m）2、圆筒形电容器CylindricCapacitor第三章电容式传感器二、变间隙型电容传感器第三章电容式传感器1、基本特性极板上移：讨论：（1）略去高次项第三章电容式传感器（2）考虑二次项2、有介电层的变间隙型电容传感器第三章电容式传感器3、差动式变间隙型电容传感器第三章电容式传感器初始位置时动极板上移第三章电容式传感器提高一倍略去高次项：减小三、变面积型电容传感器中间极移动式变面积型差动结构变面积型板状线位移变面积型角位移变面积型筒状线位移变面积型结构型式线性第三章电容式传感器1、板状线位移变面积型3、筒状线位移变面积型2、角位移变面积型第三章电容式传感器线性线性4、中间极移动式变面积型第三章电容式传感器135、差动结构变面积型①扇形平板结构②柱面型结构第三章电容式传感器四、变介质型电容传感器例3-1:参考文献：“高静电场下的薄膜测厚技术”《仪表技术与传感器》第三章电容式传感器15例3-2电容式液位传感器1、“用MATLAB语言建立液位电容传感器特性的数学模型”，《传感器技术》参考文献：2、“射频电容式传感器的研究与应用”《传感器技术》第三章电容式传感器线性1、电容式传感器的类型？2、如何改善变间隙型电容传感器的线性？3、变面积型电容传感器的特点？第三章电容式传感器4、如何改善变面积型电容传感器间隙

变化的影响？§3-2电容式传感器的测量电路电容式传感器测量电路被测非电量U、I、f电容直放式外差式普通交流电桥耦合电感电桥变压器电桥双T二极管交流电桥交流电桥电路运算放大器式电路调频电路调幅电路调宽电路MeasuringCircuitofCapacitiveSensor第三章电容式传感器一、调频电路振荡回路固有电容引线分布电容传感器电容FrequencyModulatedCircuit第三章电容式传感器被测信号调频信号鉴频信号第三章电容式传感器二、调幅电路（1）普通交流电桥电路1、交流电桥电路普通交流电桥耦合电感电桥变压器电桥双T二极管交流电桥交流电桥电路运算放大器式电路调幅电路AmplitudeModulatedCircuit第三章电容式传感器（2）紧耦合电感电桥第三章电容式传感器耦合系数第三章电容式传感器电路谐振点：（3）变压器电桥第三章电容式传感器第三章电容式传感器回路1回路2节点A第三章电容式传感器差动变间隙型：线性关系（4）双T二极管交流电桥第三章电容式传感器第三章电容式传感器2、运算放大器式电路第三章电容式传感器“变气隙式电容传感器非线性补偿新方法”，《传感器世界》参考文献：第三章电容式传感器变间隙型：线性关系三、脉冲宽度调制电路双稳触发器滤波器PulseWidthModulatedCircuit第三章电容式传感器跳变触发器翻转跳变触发器翻转31第三章电容式传感器32第三章电容式传感器差动变间隙型：差动变面积型：电容式传感器测量电路被测非电量U、I、f电容直放式外差式普通交流电桥耦合电感电桥变压器电桥双T二极管交流电桥交流电桥电路运算放大器式电路调频电路调幅电路调宽电路第三章电容式传感器§3-3电容式传感器的应用C——传感器电容L——电感RP——并联损耗电阻RS——串联损耗电阻CP——寄生电容ApplicationofCapacitiveSensor高温、高湿、高激励一、等效电路EquivalentCircuit第三章电容式传感器二、应用中存在问题保护环减小极板厚度d极板间隙保护环灵敏度降低、非线性增加ProblemsExisting

inApplication1、边缘效应EdgeEffect第三章电容式传感器2、寄生电容消灭寄生电容的影响，是传感器实用化的关键。消灭寄生电容的方法：①驱动电缆法等电位屏蔽法ParasiticCapacitance第三章电容式传感器③采用组合式与集成技术②整体屏蔽法第三章电容式传感器三、应用举例1、电容测厚传感器在板材轧制装置中的应用“电容式板材在线测厚仪”，《仪表技术与传感》参考文献：ApplicationExamples第三章电容式传感器2、电容式称重传感器误差平均效应参考文献：“电容式称重传感器”，《传感器技术》CapacitiveWeighingSensor第三章电容式传感器3、电容式压力传感器单只变间隙型差动式压差CapacitivePressureSensor第三章电容式传感器4、电容式加速度传感器惯性原理CapacitiveAccelerationSensor第三章电容式传感器灵敏度：

0.35mV/g/V第三章电容式传感器参考文献：“微机械加工硅电容式加速度传感器”《传感器技术》参考文献：“利用电容式加速度传感器测量电梯运动特性”，《仪表技术与传感器》第三章电容式传感器美国PCB公司：370A03加速度传感器数据采集卡：ADLink公司PCI-9118HRLabView开发平台组建虚拟仪器电梯轿厢运行加速度曲线0

510152025301.00.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0第三章电容式传感器5、容栅传感器差动变面积型、误差平均效应精度：10um范围：0~150mm位移第三章电容式传感器数显卡尺数显位移计第三章电容式传感器

差动变间隙型电容传感器，初始电容，初始间隙，设动极板相对于定极板位移了，计算其