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传感器应用技术项目三

基于电容式传感器的湿度计的设计与制作电容传感器的主要特性讲授内容设初始电容为当间隙d0减小Δd时,则电容量增大ΔC，则：电容的相对变化为：1.变极距式电容传感器当时，将上式按泰勒级数展开，得：可见，电容C的相对变化与位移之间呈现的是一种非线性关系。在误差允许范围内通过略去高次项得到其近似的线性关系：电容传感器的静态灵敏度为：灵敏度随极板间距的减小而增大1.变极距式电容传感器如果只考虑二次非线性项，忽略其它高次项，则得非线性误差：如图，极距变化相同值±△d所对应的电容变化量不同

由以上分析可知：变极距型电容式传感器只有在Δd/d0很小时，才有近似的线性输出。ΔC1>ΔC2非线性随极板间距的减小而增大1.变极距式电容传感器-非线性误差C为了提高灵敏度和减小非线性，以及克服某些外界条件如电源电压、环境温度变化的影响，常采用差动式的电容传感器，其原理结构如图所示。1.变极距式电容传感器1.变极距式电容传感器

1.变极距式电容传感器

1.变极距式电容传感器可见，电容式传感器做成差动式结构后，非线性误差大大降低了，而灵敏度比单极距电容传感器提高了一倍。与此同时，差动式电容传感器还能减小静电引力给测量带来的影响，并有效的改善由于环境影响所造成的误差。1.变极距式电容传感器2.变面积式电容传感器当动极板移动后,极板相对有效面积发生变化，对应的电容值为：2.变面积式电容传感器灵敏度：灵敏度为常数用于线位移测量的电容式传感器变面积型电容传感器中，平板形结构对极距变化特别敏感，测量精度受到影响,而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，成为实际中最常采用的结构。其电容计算式为：

2.变面积式电容传感器当重叠长度x变化时，电容量变化为：灵敏度为：可见，其输出与输入成线性关系，灵敏度是常数，但与极板变化型相比，圆柱式电容传感器灵敏度较低，但其测量范围更大。

2.变面积式电容传感器

2.变面积式电容传感器用于角位移测量的电容式传感器2.变面积式电容传感器3.变介质式电容传感器电容式液位传感器原理图电容式液位传感器3.变介质式电容传感器电容式液位传感器结构原理图与等效电路图示同轴圆柱形电容器的初始电容为:测量时，电容器的介质一部分是被测液位的液体，一部分是空气。设C1为液体有效高度hx形成的电容，C2为空气高度（h-hx）形成的电容，则：

3.变介质式电容传感器由于C1和C2为并联，所以总电容为:可见，电容C理论

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