传感器与检测技术西安铁路13课件

西安铁路职业技术学院传感器与检测技术电容式传感器的工作原理各种汽车、飞机的仪表盘上都有油箱油量的指示表，它是驾驶员要掌握的重要参数之一。检测油箱液位的高低就要用到液位传感器，通常采用电容式液位传感器来测量油箱液位。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。它具有高阻抗、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等优点，但它具有分布电容影响严重的缺点。平板式电容器是由两个金属极板、中间夹一层电介质构成的。若在两极板间加上电压，电极上就储存有电荷，所以电容器是一种储存电场能量的元件。通过电容量的计算公式可以看出，只要保持其中两个参数不变，仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面积式和变介质式3种类型。一、电容式传感器的结构各种电容式传感器的结构示意图如图所示。一、电容式传感器的结构变极距式(a)(e)；变面积式(b)(c)(d)(f)(g)(h)；变介电常数(i)(j)(k)(l)二、电容式传感器的工作原理2.1变极距式电容传感器变极距式电容传感器如图所示，两块极板中的一块为定极板，另一块为动极板，当动极板受被测量作用产生位移Δd时，改变了两极板间的距离d，从而使电容量C发生变化。这种传感器可以用来测量微小位移，测量范围为0.01μm~0.1mm之间。二、电容式传感器的工作原理2.1变极距式电容传感器二、电容式传感器的工作原理2.1变极距式电容传感器差动式变极距电容传感器的结构如图所示，其中上下极板为定极板，中间的动极板将电容分为和两部分，初始状态时C1=C2=C0；当中间的动极板向上移动时，C1的极距变为d—∆d，C2的极距变为d+∆d。二、电容式传感器的工作原理2.1变极距式电容传感器所以，电容的变化量:則灵敏度:结论:采用差动式变极距型电容式传感器的灵敏度提高了一倍，同吋非线性误差得到了很大的改善。1提高灵敏度2减小非线性误差二、电容式传感器的工作原理1直线位移型电容传感器直线位移型变面积式电容传感器如图所示。其中上极板为动极板，下极板为定极板。2.2变面积式电容传感器二、电容式传感器的工作原理2角位移型电容传感器角位移型电容传感器如图所示。下方为动极板，上方为定极板。2.2变面积式电容传感器二、电容式传感器的工作原理2.2变面积式电容传感器二、电容式传感器的工作原理2.3变介电常数式电容传感器变介电常数式电容传感器如图所示。这种传感器可以用来测量湿度、物位和密度等。二、电容式传感器的工作原理2.3变介电常数式电容传感器二、电容式传感器的工作原理类型变间隙变面积变介电常数应用场合线位移角位移或较大线位移物位、湿度、密度是否线性非线性关系。灵敏度也不是常数。线性关系

线性关系

结论：二、电容式传感器的工作原理3.1边缘效应边缘效应造成边缘电场产生畸变，使工作不稳，非线性误差也增加。为了消除边缘效应的影响，在结构设计时，可以采用带有保护环的结构，如图所示。二、电容式传感器的工作原理3.2寄生电容寄生电容与传感器电容相并联，影响传感器灵敏度，而它的变化则为虚假信号影响仪器的精度，必须消除和减小它。可采用方法：集成化

将传感器与测量电路本身或其前置级装在一个壳体内，省去传感器的电缆引线。这样，寄生电容大为减小而且易固定不变，使仪器工作稳定。二、电容式传感器的工作原理3.2寄生电容采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术二、电容式传感器的工作原理3.2寄生电容整体屏蔽法

将电容式传感器和所采用的转换电路、传输电缆等用同一个屏蔽壳屏蔽起来，正确选取接地点；这样可减小寄生电容的影响和防止外界的干扰。一级标题二级标