5.1.1电容式传感器测量原理

●项目——液位检测●任务——汽车油箱油量检测►任务导入汽车油箱油量检测——电容式传感器测量液位电容式传感器►电容式传感器●定义：电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。电容式传感器测量液位高阻抗，小功率动态范围大响应速度快几乎没有零漂结构简单、适应性强可在恶劣的环境下使用广泛应用于位移、振动、角度、加速度、压力、压差、液面、成分含量等方面的测量►电容式传感器●定义：电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。电容式传感器的测量原理一、电容式传感器的工作原理电容传感器是一种把被测的机械量（如位移、压力等）转换成电容量变化的传感器，它的敏感部分是具有可变参数的电容器，其最常用的形式是由两个平行电极组成，以空气为介质的电容器。dAε►电容式传感器●定义：电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。电容式传感器的测量原理一、电容式传感器的工作原理电容量的变化确定被测量的大小√改变极距D和面积A可以反映位移或角度变化，从而可以用于间接测量压力、弹力等的变化。√改变则可以反映厚度、温度的变化。►电容式传感器●定义：电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的一种传感器。电容式传感器的测量原理二、电容式传感器的分类变面积型电容传感器变极距型电容传感器变介质型电容传感器►电容式传感器的分类——变面积型电容传感器电容式传感器的测量原理图

直线位移式电容传感器

定极板

动极板直线位移式角位移式固定不动可移动►电容式传感器的分类——变面积型电容传感器电容式传感器的测量原理abd√电容因位移而产生的变化量√灵敏度k1.直线位移式电容传感器►电容式传感器的分类——变面积型电容传感器电容式传感器的测量原理√电容因位移而产生的变化量√灵敏度k√传感器电容量变化量与位移的变化量

之间呈线性关系。√变面积式电容传感器的灵敏度是常数，即输入与输出成线性关系，因此对于一个特定的平板形变面积式电容传感器，其灵敏度是与其几何结构和初始电容量相关的常数。√增加b或者减小b均可提高传感器的灵敏度，但是d的减小受到电容击穿电压的限制，而增加b受到体积的限制。1.直线位移式电容传感器►电容式传感器的分类——变面积型电容传感器电容式传感器的测量原理假设传感器两极板全重合（）时的电容量为C0。当动极板有一角位移时，改变了两极板间有效覆盖面积，使电容量发生变化，此时电容值为：其灵敏度k2.角位移式电容传感器►电容式传感器的分类——变面积型电容传感器电容式传感器的测量原理√传感器电容量变化量与角位移角度

之间呈线性关系√对于一个特定的角位移变面积式电容传感器其灵敏度是与其几何结构和初始电容量相关的常数2.角位移式电容传感器►电容式传感器的分类——变面积型电容传感器电容式传感器的测量原理外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动，电容量发生变化，此时电容值为：其灵敏度k3.圆柱形电容传感器►电容式传感器的分类——变面积型电容传感器电容式传感器的测量原理外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动，电容量发生变化，此时电容值为：其灵敏度k√传感器电容量变化量与位移变化量之间呈线性关系√对于一个特定的圆柱形变面积式电容传感器其灵敏度是与其几何结构和初始电容量相关的常数3.圆柱形电容传感器►变面积式电容传感器使用注意事项电容式传感器的测量原理010203√增大初始电容可以提高传感器的灵敏度。√极板宽度a的大小不影响灵敏度，但不能太小，否则边缘电场影响增大，非线性将增大。√△X变化不能太大，否则边缘效应会使传感器特性产生非线性变化。►电容式传感器的分类——变极距型电容传感器√如果两极板的有效作用面积A及极板间的介质ε保持不变，则动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d发生变化，引起电容量的变化，通过测量电路就可以转换为电量输出。这就是变极距型电容传感器的工作原理。►电容式传感器的分类——变极距型电容传感器当传感器的和A为常数时，初始极距为d时，其初始电容量为若电容器两极板间的距离由初始值d缩小x，电容量增大，则有由此可知：变极距型电容传感器电容量C与x不是线性关系，而是双曲线关系。电容式传感器的测量原理►电容式传感器的分类——变极距型电容传感器当动极板移动后，C1和C2成差动变化，即其中一个电容量增大，而两一个电容量减小。若动极板向上移动x，则两点容差值为：电容式传感器的测量原理可实现动态非接触测量动态响应好灵敏度和精度极高适用于较小位移的精度测量01020304►电容式传感器的分类——变极距型电容传感器►电容式传感器的分类——变介质型电容传感器√保持面积和极据两个参数不变，而仅改变介质一个参数，就可以把介质的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可以转换为电量输出。这就是变介质型电容传感器的工作原理。►电容式传感器的分类——变介质型电容传感器●工作原理：保持面积和极据两个参数不变，而仅改变介质一个参数，就可以把介质的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可以转换为电量输出。用途结构形式用于测量厚度液位介质的温度和湿度变介质型电容传感器介质面积变化的电容传感器电容式传感器的测量原理►电容式传感器的分类——变介质型电容传感器当厚度为的介质在电容器中左右移动时，电容器介质的总介电常数发生变化，从而使电容量发生变化。

当厚度为的介质插入两极板间时，电容量为

√电容量C与位移x呈线性关系√变介质型电容传感器中的极板间存在导电物质，极板表面应涂绝缘层，防止极板短路上式表明：1.平板形变介质式电容传感器电容式传