机械工程测试技术（第3版）课件：参数式传感器及其应用

参数式传感器及其应用内容概要4.1传感器概念4.2电阻式传感器及其调理电路4.3电感式传感器及其调理电路4.4电容式传感器4.5电涡流传感器4.1传感器概念基本概念信息检测中不可缺少的首要环节，直接影响测试系统的整体测试精度工程实际中俗称测量头、检测器等，也称为一次仪表传感器Transducer/Sensor/probe4.1传感器概念国家标准（GB7665—87）对传感器定义:感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。一个指定的传感器，只能感受规定的物理量：电量、非电量输入输出关系服从一定规律，可以复现——公认、标准传感器的输出信号中载有被测量信息，是能够传送的电信号、光信号、气动信号4.1传感器概念组成感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。敏感元件转换元件转换电路被测量电量敏感元件直接感受被测量转换为有确定关系的易变成电量的其它量转换元件将其它物理量直接转换为有确定关系的电量的元件便于远传、接收的信号4～20mA、±5V服从一定的可复现的规律V＝f（p）、Q＝f（p）R＝f（σ）L＝f（x）规定的物理量压力应变振动、位移

一般传感器4.1传感器概念结构敏感元件（弹性结构）——

力、转矩应变转换元件（应变片）——

应变电阻

转换电路（电桥）——电阻电压C型弹簧管（波登管）：

一端开通，一端封闭，当流体进入管中后封闭端产生位移，其位移大小正比于流体的压强。敏感元件：C型管（波登管）压强→位移转换元件：衔铁、线圈位移→电感5—C型弹簧管6、8—线圈7—衔铁9—机械零点调零螺钉

敏感元件与转换元件合并。位移→电容4.1传感器概念4.1传感器概念基本特性传感器是测试系统的一个基本单元，基本特性包括：静态特性测量范围、灵敏度、精度等动态特性工作带宽、频响曲线4.1传感器概念分类按输入量/用途分类:适合于使用者机械量：位移、力、速度、加速度、振动热工量：温度、压力、流量、流速光学量：光强、光通量、辐射能按输出量性质分类：适合于研发者电参数型：R、L、C——工程参数→电参数基本类型:电阻、电感和电容式无源传感器：本身没有内在的能量转换电量型/发电式：电压、电流、电荷——工程参数→电信号基本类型:压电式、磁电式、光电式、霍尔式以及热电式有源传感器：本身就有内在的能量转换4.2电阻式传感器4.2.1定义将非电量变化转换为电阻变化的传感器。测量的物理量力、扭矩——应变片——电阻温度——热敏电阻转换元件电阻R转换电路直流电桥电阻R4.2电阻式传感器4.2.2应变片式传感器工作原理：应变效应应变片的电阻：材料在轴向受力的作用，产生机械变形/结构变形——微应变Al可见：第一项为几何尺寸变化所致，第二项为电阻率变化所致。4.2电阻式传感器

4.2电阻式传感器应变片技术参数类型金属应变片半导体应变片测量范围με0.1～500000.001～3000灵敏系数1.8～4.550～200标称阻值Ω120，350，600，…，50001000～5000电阻受温度影响温度系数是正值温度系数是负值，0.15%/0C电阻容差0.1%～0.35%1%～2%有效栅长度/mm0.4～150标准值：3～101～5

金属应变片与半导体应变片的性能比较金属应变片：

优点是灵敏度一般为常数。温度影响比半导体小，由温度引起的电阻变化与试件应变带来的电阻变化也几乎是同一数量级。

缺点是灵敏度较低，需要放大电路。半导体应变片：

优点是灵敏度高，比金属材料约高50倍，因此有时可以不加放大器，使测量电路大大简化。

缺点是电阻温度系数大，比常用金属丝材料大几十倍，因此对温度过于敏感；

此外大应变时灵敏度不为常数4.2电阻式传感器4.2电阻式传感器应变片结构金属丝式金属箔式半导体式50年代以前4.2电阻式传感器应变片材料及应用

（1）(金属)应变片材料康铜：常用的电阻丝材料（含40%镍，1.5%锰的铜合金）卡玛合金：适用于长时间静态测量，比康铜具有更长的疲劳寿命和更宽的温度范围(NiCr20AlSi牌号：NiCr20AlSi镍含量：74.5%杂质含量：1%)铂钨合金：具有极长的疲劳寿命（2）使用条件绝缘电阻应变片绝缘电阻R是指已粘贴的应变片与被测试件之间的电阻值一般要求R＞108Ω最大工作电流I

max：已安装的应变片敏感栅允许通过的不影响其工作特性的最大电流值

通常静态测量取25mA左右，动态测量可取75～100mA4.2电阻式传感器（3）应变片安装等截面梁双孔梁S型拉力梁应用中注意：应变最大处受力的方向——应变片纵向接线固定4.2电阻式传感器（4）应变片的温度误差及补偿温度引起的测量误差Rt、R0—应变片在温度t、t0时电阻值S—应变片灵敏系数α—应变片电阻丝的电阻温度系数Δt—温度变化量β—电阻丝材料和试件材料的线膨胀系数必须采用一定方法补偿电阻应变片输出的温度误差，常采用桥路补偿方法电阻温度效应热膨胀效应*补偿应变片与工作应变片材料与结

构相同*补偿应变片与工作应变片温度相同*补偿应变片与工作应变片配接在电

桥相邻桥臂上。应变电阻传感器特性归纳是一种常用的测力传感器与压电式测力传感器比较的优势：体积小可测量静态量可以长期监测实用中有两类不用材料的应变电阻传感器金属式半导体材料式使用时必须具有温度补偿电路（电桥）4.2电阻式传感器4.2电阻式传感器4.2.3热电阻式传感器——利用阻值变化测量温度工作原理：金属或半导体的电阻值是温度的函数分类：金属热电阻、半导体热电阻当温度升高1℃时，大多数金属的阻值要增加0.4~0.6%，而某些半导体（负温度系数）的电阻值要减小3~6%一般纯金属在温度变化范围不大时，其电阻值与温度的关系近似为某些半导体的电阻值与温度的关系为4.2电阻式传感器热电阻式传感器电阻—温度特性曲线铂、铜的电阻特性曲线比较理想半导体的电阻特性曲线4.2电阻式传感器热电阻式传感器的金属热电阻材料选择电阻温度系数a越大，制成的温度传感器的灵敏度越高。电阻温度系数与材料的纯度有关，纯度越高，a值就越大，且稳定；材料的电阻率要大，这样可使热电阻体积较小，热惯性较小，对温度变化的响应就比较快；在整个测量范围内，物理化学性质稳定、线性、良好重复性；易于加工复制，价格便宜。几种热电阻材料特性4.2电阻式传感器热电阻式传感器1）工业中应用最多的金属热电阻是铂和铜铂电阻化学稳定性很高，容易提纯，便于加工——最常用的材料用于13.81K～630℃范围内的测温、也是基准温度计膜铂电阻用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上，膜厚在2μm以内，用玻璃烧结料固定Ni(或Pd)引线，经激光调阻制成薄膜元件微型化、反应快、低成本4.2电阻式传感器4.2电阻式传感器铜电阻温度系数a高于其它金属的值，价格低廉，易于提纯在-50～150℃范围内近似呈线性关系缺点：电阻率小，体积较大，铜电阻丝细而长，故机械强度降低易氧化，只能用于无侵蚀性介质4.2电阻式传感器2）半导体电阻半导体电阻也称热敏电阻，具有正、负、临界温度系数的三类工业上测温常用具有负的电阻温度系数的热敏电阻（种类很多）

电阻温度系数大，测量灵敏度较高；室温下（25℃），热敏电阻的温度系数为-0.045，而铂的温度系数为0.0039。成本低、结构简单、体积小（点温度测量）；电阻率高，而且适合动态测量缺点是性能不稳定，互换性差。尽管热敏电阻不如铂电阻温度计那样具有长时间的稳定性，但它们足以满足大多数应用的要求。低温测量常用锗电阻电阻温度关系很稳定，重复性很好——迄今所研究过的半导体中最理想的低温测量元件标定一次可长期使用，而且它的测量精度可达到0.005K许多国家将锗电阻温度计作为4.2K~20K之间的标准测温仪表4.2电阻式传感器4.2.4电阻式传感器的直流电桥调理技术1）基本概念电桥是将电阻、电感、电容等电参数的变化变为电压或电流输出的一种转换电路。构成：四臂激励电源输出电压：直接测量、进行放大特点：结构简单，精确度和灵敏度高，易消除温度及环境影响分类：按照所采用电源不同，分为直流电桥和交流电桥2)直流电桥输出：特征：直流源供电桥臂为电阻电桥平衡条件：相对臂乘积相等

a）与输入电压成正比b）与桥臂电阻变化率的代数和成正比c)相邻臂电阻变换率符号相反（相减），而相对臂电阻变换率符号相同（相加）。（全等臂电桥）测量：忽略高阶小量并利用初始平衡条件，得：4.2电阻式传感器测试中的几种连接形式全桥测量：相邻异性，相对同性补偿：对同符号干扰量有抵偿作用电桥的作用放大：与输入电压成正比单臂桥半桥相邻臂变化相反相对臂变化相同灵敏度特性4.2电阻式传感器为了提高灵敏度，可以尽量提高电源电压吗？4.2电阻式传感器直流电桥调理技术的应用悬臂梁纯弯曲力F的测量方法一：R1、R2差动变化半桥应变片粘贴位置电桥连接方式方法二：R1、R4相同；R2、R3相同；2组差动变化，全桥应变片粘贴位置

电桥连接方式4.2电阻式传感器应变式力传感器被测物理量：载荷或力用途：各种电子衡器的测力元件，测量范围从1mN～108N特点：分辨率高，误差较小，测量范围大，静态与动态都可测，能在严酷环境工作的特点柱式测力元件：体积小、结构紧凑、构造简单柱式4.2电阻式传感器应变式压力传感器被测物理量：液体、气体的动态和静态压力测量用途：动力管道设备进、出口气体和液体的压力，发动机喷口压力，内燃机管道压力等结构：膜片式或筒式弹性元件

在压力的作用下，圆膜片产生径向应变和切向应变应变片4.2电阻式传感器应变式扭矩传感器原理：利用弹性元件在传递转矩时产生的应变来测量扭矩的。轴受到扭矩作用时，剪切应力与它所传递的扭矩有线性关系：其中：Mk转轴所受的扭矩、G剪切弹性模量

应变片扭矩传感器径向刷式集流环示意图1-扭矩轴；2-应变片；3-绝缘环；4-滑环；5-电刷4.2电阻式传感器热电阻式温度传感器的应用：测温、补偿、控温Rt是负温度系数的热敏电阻，Rr是调节电阻，R是仪表线圈电阻。冷却水温测量：温度上升，Rt下降，电流变大，微安表读其值。可调电阻Rr调节后使微安表刻度直接反应温度变化引起的Rt变化。温度补偿电路：仪表线圈R铜导线(正系数)，温度升高引起R阻值升高，影响测量精度，引入负温系数Rt进行补偿。r为锰铜电阻(0温系)，目的减小Rt副作用。温度控制电路：温度上升，Rt下降，电流变大，继电器K断开控制温度。可调电阻Rr

调节继电器K的继电器控制点。回顾传感器定义：感受特定量、一定规律、可用输出信号组成：三部分（敏感元件、转换元件、转换电路）电阻式传感器应变片传感器:结构尺寸效应、压阻效应应变片材料：金属应变片（康铜、铂钨合金）、半导体应变片热电阻传感器：热阻效应热电阻材料：铂电阻、铜电阻；锗电阻、热敏电阻电阻式传感器调理电路——直流电桥电源：直流电源桥臂：电阻电桥功能：测量、补偿、放大4.3电感式传感器4.3.1定义：

基于电磁感应原理，将被测量转化为电感量的传感器。测量的物理量位移压力流量振动分类电感式传感器自感型涡流式互感型1）自感型变磁阻传感器

组成：自感型变磁阻传感器由线圈、铁心、衔铁三部分组成。原理：将被测量的变化转换为线圈自感系数的变化。

由于铁心磁导率远远大于空气磁导率，导致自感传感器的自感量为：气隙面积、气隙长度改变时，均会引起磁路磁阻变化.磁路磁阻Rm由铁心和衔铁的磁阻Rf和气隙磁阻两部份组成，即：设线圈匝数为N，线圈自感L的定义为：其中：4.3电感式传感器4.3.2变磁阻传感器（自感传感器和互感传感器）自感型变磁阻传感器灵敏度

变面积式灵敏度变气隙式灵敏度自感型变磁阻传感器类型

变面积式变气隙式为常数，线性关系灵敏度低，较少使用随气隙变化，非线性关系灵敏度高，常用4.3电感式传感器存在问题：非线性严重，只能测量微小位移的测量：0.001～1mm

铁心对衔铁的吸力比较大解决办法：单线圈变成双线圈——差动4.3电感式传感器比较可知：前者忽略了二阶小量，后者忽略了三阶小量，非线性得到了补偿

后者比前者灵敏度也提高一倍

吸引力相互抵消则电感的相对变化量为：

因为<<1，将上式按幂级数展开，即对于一个线圈，假设衔铁上移时，空气间隙由初始距离变为，电感变化：

对于差动传感器，假设衔铁左移时，左、右空气间隙分别变为

与

，电感为4.3电感式传感器差动式变磁阻传感器差动线圈＋电桥测量——测量电感量结构：螺线管式差动变压器特点：分辨率很高﹐可达0.01微米﹐测量范围一般小於2毫米主要用于位移测量，也可以用于振动、压力、流量、液位等参数测量磁心线圈1线圈2变压器电桥测杆被测件电源Ue组成：两个线圈、一个铁芯原理：互感型电感式传感器工作时，线圈1通入交变电流，在线圈附近空间产生磁通，从而在线圈2产生感生电压。即：式中，M21是两线圈之间的互感系数，即：当铁芯在两个线圈的孔中左、右移动时，M21随着N21变化，u2随之变化

传感器工作原理：将被测量的变化转换为线圈互感系数的变化。注意：u2与x之间的关系呈现非线性，灵敏度也低实用中常采用双边差动变压器结构改善其非线性、提高灵敏度。

4.3电感式传感器2)互感式传感器：是一种线圈互感值随铁芯位移改变而变化的传感器，其原理类似于变压器

。怎么办？4.3电感式传感器互感式差动变压器结构：初级线圈、完全对称的反极性串联的两个次级线圈、衔铁原理：即：输出电压幅值与铁心位移大小成正比.问题：不能反映其方向，输出电压存在一定的零点残余电压。WW1W2WPx理论实际Δx0—零点UT

—残余电压4.3电感式传感器解决残余电压以及方向鉴别的方法差动相敏检波（位移方向）相敏检波电路解决铁心位移的方向性——单输出对应多输入调零R解决输出存在零点残余电压的问题（次级线圈电气参数与几何尺寸不对称引起）应用：直接测量线位移；间接测量力、重量、液位等4.3电感式传感器4.3.3交流信号的调理技术1)交流电桥激励源：高频电源Ue4个桥臂为复阻抗Z1～Z4

Z可为电阻R、电容1/(jωC)、电感jωL输出：调制信号U0优势:交流信号易于放大

直流放大常存在零漂、级间耦合问题交流电桥R、L、C均可测量

交流电桥的基本工作原理与直流电桥相似，只不过用复阻抗代替电阻，用交流电源代替直流电源，桥路的输出电压为：

可见,平衡必须同时满足两个条件：相对桥臂阻抗幅值之积相等、相位之和相等。平衡条件交流电桥平衡的条件为相对桥臂阻抗之积相等，即：

Z1Z4=Z2Z3

若用幅值与相位表示，，上式可以表示为：

交流电桥平衡条件纯电阻时电流与电压同相位：

φ=0；电感性阻抗：φ＞0；电容性阻抗：φ＜0。4.3电感式传感器当相邻两臂为纯电阻时，则另两臂如何组成才能平衡？

必须同为纯电容，或同为纯电感，或同为纯电阻。当相对臂为纯电阻时，则另一对臂如何组成才能？

必须一个为电感，一个为电容；或同为纯电阻。如果桥路只有一个电容或一个电感，其它为纯电阻可以平衡吗？注意：

由于每个交流电桥实际上有两个平衡条件，电桥中需要有两个可调的参量，两个量互相牵扯，调节比较复杂。

实验时需要对这两个参量反复调节，才能使电桥调到完全平衡。

因此，交流电桥的平衡调节要比直流电桥的调节困难一些。由于交流电桥必须满足两个平衡条件，使用中必须合理搭配电桥中的四臂元件，电桥才能平衡。4.3电感式传感器要求：

交流电桥的供桥电源应有足够的功率

应具有良好的电压波形和频率稳定度。若电源电压波形畸变，则高次谐波不但会造成测量误差，而且将扰乱电桥平衡

一般由振荡器输出音频交流(5~10kHz)作为电桥电源4.3电感式传感器

如果交流电桥的电感或电容或电阻发生变化，交流电桥输出电压计算式为：式中，分别为桥臂阻抗变化率。交流电桥的测量交流电桥输出为调制波外界工频干扰不易从线路中引入后接的交流放大电路简单而无零漂4.3电感式传感器交流电桥的应用电感测量Z1＝R1、Z2＝R2Z3＝jωL1Z4＝jωL2平衡条件：R1.L2=R2.L1电容测量Z1＝R1、Z2＝R2Z3＝1/(jωC1)Z4＝1/(jωC2)平衡条件：R1/C2=R2/C14.3电感式传感器带感应耦合臂的电桥——变压器电桥

若用差动变压器式电感或电容传感器的电感代替Z3、Z4,此电桥就可测量电感或电容参数的变化。

也可用差动变压器式电感传感器代替感应耦合臂W1、W2,此电桥就是电感式传感器的转换电路。

带感应耦合臂的电桥具有较高的精度和灵敏度，性能稳定，频率范围宽，近年来得到广泛应用。

被测量交流电桥的优缺点优点：可测量电阻、电感、电容输出为调制波，外界工频干扰不易从线路引进后接的交流放大电路简单而无零飘缺点：电桥的平衡电路复杂4.3电感式传感器4.3电感式传感器2)信号的调制与解调交流电桥只是一种调制技术完整的调理技术包括电桥调制输出交流放大相敏检波（解调）低通滤波直流电桥是不是调制信号？（1）调制与解调术语调制：用被测信号控制高频信号的变化规律的过程调制信号：载波信号：已调信号：解调：从已调信号中恢复被测信号的过程4.3电感式传感器原始被测信号处理过的被测信号传输发射耦合（2）调制与解调的作用

调制目的是将微弱、缓变信号提高到高频便于微弱缓变信号的放大便于信号的远程传输缓变信号调制高频信号放大放大高频信号解调放大缓变信号耦合器

用微弱的缓变信号控制高频交流信号，然后交流放大、传输、耦合隔离等，最后再解调出放大的信号。为什么？4.3电感式传感器（3）分类对象：高频交流载波信号:工具：低频、慢变被测信号:x(t)分类：幅度调制(AM)：频率调制(FM)：相位调制(PM)：4.3电感式传感器三种调制波的基本波形

相位调制(PM)幅度调制(AM)频率调制(FM)测试技术中常用调幅及调频。4.3电感式传感器功能：调幅是将一个高频简谐信号（载波）与测试信号在时域相乘，使高频信号的幅值随被测信号的变化而变化。－ωo0

ωo

Fy（4）调幅与解调

傅里叶变换的频移性质相乘后频域特点？ω

Fx0

-ωo

0

ωo4.3电感式传感器

利用调制可以把低频信号推移到高频，利用带通放大器对信号进行放大，从而减少工频信号的干扰，有效地提高信号质量，便于信号的远距离传输。用不同频率的载波对不同被测信号进行调制后，能够移动它们的频谱位置，使它们互相不发生覆盖。调幅：4.3电感式传感器调幅实现方法：

乘法器调幅（电量）：使用乘法器使微弱电信号与高频载波信号相乘；

电参数直接调幅（电参数）：

（1）交流电桥调幅

（2）分压电路调幅4.3电感式传感器（a）乘法器调幅4.3电感式传感器（b）电桥调幅对于半桥单臂：α＝？对于半桥双臂：α＝？对于全桥：α＝？4.3电感式传感器（c）分压电路调幅被测量引起电感或电容发生变化，并联回路的阻抗也发生变化，电压Ux也要发生变化，其输出电压为：

UoR

L晶体振荡器滤波放大检波

C

Ue

Ux自感线圈调幅信号的解调（检波）定义：从调幅信号中恢复原有用被测信号的过程分类：包络检波和相敏检波包络检波：由于调幅信号的包络线形状与调制信号一致，因

此，通过检出包络线的方法可实现解调。这种方法

简单，但无法鉴别出信号的相位。相敏检波：能同时鉴别信号的幅值和相位，因此测试技术中最

常用。4.3电感式传感器1）信号电压与载波同相，输出为正；信号电压与载波反相，输出为负；2）输出电压的大小仅与信号电压成正比，而与载波电压无关。相敏检波器：相敏检波器的鉴相与选频特性常用相敏检波电路由四个二极管组成环形结构，利用其单向导通作用将电路输出极性换向4.3电感式传感器相敏检波器：鉴别信号的幅值和相位、低通

功能：变压器B的输出与变压器A的输出进行比较。电路设置使变压器B信号远大于变压器A信号，使参考电压对二极管起开关作用,决定二极管的导通与截止。结果：原信号为正，调幅波与载波同相，恢复正；原信号为负，调幅波与载波异相，恢复负。参考：载波调幅相敏滤波同一振荡器发出的载波信号4.3电感式传感器

动态电阻应变仪方框图

解调－相敏检波的应用电感式传感器放大电路4.3电感式传感器4.3电感式传感器（5）调频与解调调频：频率可控的等幅振荡器待测的电容或电感作为自激振荡器的谐振回路中的一个调谐参数，电路的谐振频率为：LC如测量电感，则：

中心频率为ω0的调频信号调频比较容易实现数字化调频信号在传输过程中不易受到干扰4.3电感式传感器调频的解调解调/鉴频：变压器耦合的谐振回路鉴频法L1-C1、L2-C2组成的谐振回路，只要利用特性曲线的亚谐振区近似直线的一段实现频率-电压变换，调频信号uf变为调幅信号ua。经过二级管进行半波整流，再经过RC组成的低通滤波器滤波，滤波器的输出uc与调制信号成正比，复现被测信号。

频率—电压线性变换

幅值检波4.3电感式传感器应用

电感传感器测量范围1μm-1mm,分辨力0.01μm自感压力传感器结构：膜盒——弹性敏感元件——衔铁原理：压力变化时，膜盒带动衔铁位移，线圈自感变化变隙差动式自感压力传感器结构：C形弹簧管——弹性敏感元件——衔铁原理：流体压力进入弹簧管后，其自由端向外伸展，带动动衔铁移动，引起电感变化1—衔铁2—铁芯3—线圈4—膜盒5—C型弹簧管6、8—线圈7—衔铁9—机械零点调零螺钉4.3电感式传感器电感式表面形貌仪T200型表面粗糙度测量仪测量范围：触针位移：±2/±20/±200μm分辨率：0.001/0.01μm测力传感器力→弹性外壳→测杆→磁心差动变压器4.3电感式传感器电感测微位移计

核心：螺线管式差动变压器，常用于测量工件的外形尺寸和轮廓形状。滚珠分选1—引线电缆2—固定磁筒3—衔铁4—线圈5—测力弹簧6—防转销接触式位移传感器4.3电感式传感器回顾电感式传感器自感式差动变压器：变磁阻→两组线圈+铁芯互感式差动变压器：变耦合→三组线圈+铁芯电桥特点：结构简单，精确度和灵敏度高，易消除温度及环境影响分类：按照所采用电源不同，分为直流电桥和交流电桥平衡条件：对应臂乘积相等测量方法：相邻臂相反、相对臂相同应用：R、L、C测量、补偿、放大调制与解调作用：微弱缓变信号的放大、信号的远程传输分类：幅、频、相调制解调调幅的三种方法、解调方法（相敏检波）调频方法及鉴频（谐振电路）4.4电容式传感器定义：将被测量变化转换为电容变化的传感器电容传感器特点结构简单，分辨率高，工作可靠可非接触测量，可在恶劣环境下工作测量的物理量位移压力液位介质敏感元件、转换元件电容CA4.4电容式传感器工作原理在忽略边缘效应的情况下，平行极板电容器的电容量基本类型变极距δ：位移变面积A：位移、压力（差动）变介质ε：介电常数δAεUQ4.4电容式传感器（1）变极距式两极板在被测对象作用下发生位移δ变化时变极距型电容传感器的灵敏度是非线性的；为了减小非线性误差，初始距离δ不能太小;极距愈小，灵敏度愈高，为了提高灵敏度，

δ应该取小值，但受击穿电压的限制，一般极距取0.1～1mm左右；应用：

微小位移量的测量

非接触测量4.4电容式传感器差动方式变极距式两个变极距电容传感器，被测位移使动片变化，引起极距差动变化，两个输出电容也差动变化，提高测量灵敏度，减小非线性影响。差动电容传感器通常均接成电桥进行放大:

电桥的相邻两个桥臂

动片定片定片δδ4.4电容式传感器（2）变面积式：相对面积变化输出特性：线性测量1cm～10cm中等大小的位移灵敏度减小极距δ可提高灵敏度差动方式：提高灵敏度4.4电容式传感器（3）变介质式输出特性：线性灵敏度增加面积A、减小极距δ可提高灵敏度应用液位高低介电常数内圆筒外圆筒介质4.4电容式传感器电容传感器的优点灵敏度高精度高达0.01%动态特性好，适合测量动态参数能量损耗小结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）电容传感器的缺点电缆分布电容的影响大4.4电容式传感器典型结构变极距(δ)型:(a)、(b)变面积型(A)型:(c)

～(h)

变介电常数(ε)型:(i)～(l)4.4电容式传感器应用电容测量时的几点考虑必须有抗干扰措施：电容量很小（几个pF~几十个pF），易受外界电场的干扰，要求采用输入阻抗高，噪声低的前置放大器引出线应尽量短，采用屏蔽线，而且屏蔽线与壳体及可动电极应有可靠的接地，以尽量减小外电场的干扰应正确选择极板间的绝缘材料，通常要求绝缘电阻在100MΩ以上，以减小漏电阻对测量精度的影响环境温度：采用补偿电桥以抵消介电常数随温度的变化,尽量选择膨胀系数低的材料制造电容式传感器，以减小尺寸随温度的变化4.