传感器与自动检测技术演示教程第05章 电容式传感器

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第５章　电容式传感器
第５章　电容式传感器
主要内容
5.1 电容式传感器的工作原理和结构
5.2 电容式传感器的灵敏度及非线性
5.3 电容式传感器的等效电路（自学）
5.4 电容式传感器的测量电路
5.5 电容式传感器的应用
5.1 电容式传感器的工作原理和结构
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，
如果不考虑边缘效应，其电容量为
d
S
C
（5-1 ）
当被测参数变化使得 S、 d或ε发生变化
时， 电容量 C也随之变化。
　　如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个
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。
　　电容式传感器可分为变极距型、 变面积型和变
介电常数型三种。
图5-1 电容式传感元件的各种结构形式
1
2
(a) (b) (c) ( d ) ( e ) ( f )
(g) (h) (i) ( j ) ( k) ( l )
5.1.1 变极距型电容传感器
A
r
d
图5-2 变极距型电容式传感器
当传感器的 εr和S为常数，初始极距为 d0时，由式（ 5-
1）可知其初始电容量 C0为
0
0
0d
S
Cr
（5-2 ）
若电容器极板间距离由初始值 d0缩小了 Δd，电容量
增大了 ΔC，则有
0 0
0
0
0
1
r
S C
C C C d
d d
d
 
 
 
（5-3 ）
图5-3 电容量与极板间距离的关系
C
C
1
C
2
O
d
1
d
2
C
C
1
C
2
O
d
1
d
2
d
在式（ 5-3 ）中，若 Δd/d0<<1 时，则展成级数：
2 3
0 0
0 0 0 0
1 1
d d d d
C C C
d d d d
 
   
 
 
 
     
 
   
 
（5-4 ）
此时 C与Δd近似呈线性关系，所以变极距型电容式
传感器只有在 Δd/d0很小时，才有近似的线性关系。
另外，在 d0较小时，对于同样的 Δd变化所引起的 ΔC
可以增大，从而使传感器灵敏度提高。但 d0过小，容易引起电
容器击穿或短路。为此，极板间可采用高介电常数的材料（云
母、 塑料膜等）作介质 , 如图 5-4 所示，此时电容 C变为
0
0
0
d
d
S
C
g
g
（5-5 ）
式中： εg—— 云母的相对介电常数， εg=7 ；
ε0—— 空气的介电常数， ε0=1 ；
d0—— 空气隙厚度；
dg—— 云母片的厚度。
摘要：

第５章　电容式传感器第５章　电容式传感器主要内容5.1电容式传感器的工作原理和结构5.2电容式传感器的灵敏度及非线性5.3电容式传感器的等效电路（自学）5.4电容式传感器的测量电路5.5电容式传感器的应用5.1电容式传感器的工作原理和结构由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为dSC（5-1）当被测参数变化使得S、d或ε发生变化时，电容量C也随之变化。　　如果保持其中两个参数不变，而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。　　电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。图5-1电容式传感元件...

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