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1、第2章位移检测传感器之电容式1第1页，共67页，编辑于2022年，星期一电容式位移传感器：是利用电容电容式位移传感器：是利用电容量的变化来测量线位移或角位移量的变化来测量线位移或角位移的装置。的装置。2第2页，共67页，编辑于2022年，星期一1 1、电容式位移传感器工作原理电容式位移传感器工作原理 S 极板间的覆盖面积（m2）；极板间距离（m)；r极板间介质的相对介电常数；在空气中r=10真空介电常数，0 0=8.85410=8.85410-12-12 F/m F/m；两极板间介质的介电常数。S3第3页，共67页，编辑于2022年，星期一由上式可知，电容量由上式可知，电容量C是几何参数是几何
2、参数和和S及介电常数及介电常数 的函数，任何一个参数发生变化时，都会引起电容量的函数，任何一个参数发生变化时，都会引起电容量的变化，如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中的变化，如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数时，就可把该参数的变化转换为电容量的变一个参数时，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过基本转换电路就可转换为电量输出。化，通过基本转换电路就可转换为电量输出。固定固定，变变 极距变化型极距变化型 固定固定，变变 S 面积面积 固定固定，变变 介质介质 1 1、电容式位移传感器工作原理电容式位移传感器工作原理电容式位移传感器工作原理电容式位移传感器工作原理4第4页，共6
3、7页，编辑于2022年，星期一电容式传感器电容式传感器变极距式变极距式变面积式变面积式变介质式变介质式n电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质（变介电常数）型三种。（变介电常数）型三种。2 2、电容式位移传感器的分类电容式位移传感器的分类电容式位移传感器的分类电容式位移传感器的分类变极距型电容位移传感器：具有较高的灵敏度、但电容变化与变极距型电容位移传感器：具有较高的灵敏度、但电容变化与极距变化之间为非线性关系。极距变化之间为非线性关系。变面积型和变介质（变介电常数）电容位移传感器：具有比较好的变面积型和变介质（变介电常数）电容位移传感器：具有
4、比较好的线性，但灵敏度比较低。线性，但灵敏度比较低。5第5页，共67页，编辑于2022年，星期一3 3、电容式位移传感器的使用方式电容式位移传感器的使用方式电容式位移传感器的使用方式电容式位移传感器的使用方式封闭形式下使用封闭形式下使用开放形式下使用，即利用被测对象作为一个极板（当被测开放形式下使用，即利用被测对象作为一个极板（当被测对象为导体时），或利用被测对象作为极板间的介质（当被对象为导体时），或利用被测对象作为极板间的介质（当被测对象为绝缘体时）测对象为绝缘体时）由于带电极板间的静电引力小，活动部分的可动质量小，对输入能由于带电极板间的静电引力小，活动部分的可动质量小，对输入能量的要求
5、低，且具有较好的动态响应特性量的要求低，且具有较好的动态响应特性由于介质损耗小，传感器本身发热影响小，而使其能在高频范围内由于介质损耗小，传感器本身发热影响小，而使其能在高频范围内工作。工作。电容位移传感器的构件和连接电缆会引起泄漏电容，造成测量误差。电容位移传感器的构件和连接电缆会引起泄漏电容，造成测量误差。4 4、电容式位移传感器的特点电容式位移传感器的特点电容式位移传感器的特点电容式位移传感器的特点6第6页，共67页，编辑于2022年，星期一（一）变极距型电容位移传感器（一）变极距型电容位移传感器基本工作原理基本工作原理S定极板定极板动极板动极板极距极距由上式可知，电容量由上式可知，电容
6、量C与极板间距与极板间距成双曲线成双曲线关系，如右图所示关系，如右图所示7第7页，共67页，编辑于2022年，星期一（一）变极距型电容位移传感器（一）变极距型电容位移传感器基本工作原理基本工作原理变极距型电容位移传感器变极距型电容位移传感器变极距型电容位移传感器变极距型电容位移传感器8第8页，共67页，编辑于2022年，星期一设动极板未移动时极板间距（初始极距）为设动极板未移动时极板间距（初始极距）为设动极板未移动时极板间距（初始极距）为设动极板未移动时极板间距（初始极距）为 0 0 0 0则初始电容量：则初始电容量：当动极板上移，极距当动极板上移，极距当动极板上移，极距当动极板上移，极距 0
7、 0 0 0减小减小减小减小 ，传感器的电容量，传感器的电容量，传感器的电容量，传感器的电容量电容增量：电容增量：电容增量：电容增量：基本工作原理基本工作原理9第9页，共67页，编辑于2022年，星期一略去高次非线性项，得略去高次非线性项，得略去高次非线性项，得略去高次非线性项，得电容的相对变化量为电容的相对变化量为电容的相对变化量为电容的相对变化量为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：10第10页，共67页，编辑于2022年，星期一非线性误差与非线性误差与/0 0有关。其表达式为：有关。其表达式为：11第11页，共67页，编辑于2022年，星期一变极距型
8、电容位移传感器变极距型电容位移传感器小结小结只能用于小位移测量，只有在小位移测量时，其灵敏度才为常只能用于小位移测量，只有在小位移测量时，其灵敏度才为常数（由上述分析可知，只有在数（由上述分析可知，只有在/0 0 11的情况，电容随极板间距的情况，电容随极板间距离的变化才近似成线性关系）离的变化才近似成线性关系）其灵敏度与初始极距其灵敏度与初始极距其灵敏度与初始极距其灵敏度与初始极距 0 0的平方成反比，故可通过减小初始极距来要的平方成反比，故可通过减小初始极距来要的平方成反比，故可通过减小初始极距来要的平方成反比，故可通过减小初始极距来要提高灵敏度。提高灵敏度。提高灵敏度。提高灵敏度。但当但
9、当但当但当 0 0 过小时，又容易引起击穿，或短路过小时，又容易引起击穿，或短路过小时，又容易引起击穿，或短路过小时，又容易引起击穿，或短路。同时加工精度要求也同时加工精度要求也同时加工精度要求也同时加工精度要求也高了。故一般在极板间采用高介电常数的材料如，放置云母、塑料高了。故一般在极板间采用高介电常数的材料如，放置云母、塑料高了。故一般在极板间采用高介电常数的材料如，放置云母、塑料高了。故一般在极板间采用高介电常数的材料如，放置云母、塑料膜等介电常数高的物质作为介质。膜等介电常数高的物质作为介质。膜等介电常数高的物质作为介质。膜等介电常数高的物质作为介质。存在线性误差，在实际应用中，为了提
10、高灵敏度，减小非线存在线性误差，在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线存在线性误差，在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线存在线性误差，在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，改善线性度，可采用差动式结构。性，改善线性度，可采用差动式结构。性，改善线性度，可采用差动式结构。性，改善线性度，可采用差动式结构。12第12页，共67页，编辑于2022年，星期一为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构为提高灵敏度和改善非线性，一般采用差动结构。下静片下静片上静片上静片动动片片双板式差动电容器双板式差动电容器两定板和中间一块动板组成差动结构两定板和中间一块动板组成差动结构13第13页，共67页，编辑
11、于2022年，星期一动极板动极板动极板动极板定极板定极板定极板定极板定极板定极板定极板定极板C1 1C2 2差动式变间隙型电容传感器差动式变间隙型电容传感器14第14页，共67页，编辑于2022年，星期一差动式电容位移传感器差动式电容位移传感器把电容位移传感器连接成差动形式，当把电容位移传感器连接成差动形式，当中间活动极板移动时，一边电容增加，另一中间活动极板移动时，一边电容增加，另一边电容减小，总的电容变化为两者的代数和。边电容减小，总的电容变化为两者的代数和。这样不仅提高灵敏度，同时使在零点附近工这样不仅提高灵敏度，同时使在零点附近工作的线性度也得到了改善。作的线性度也得到了改善。15第1
12、5页，共67页，编辑于2022年，星期一动极板上移时：动极板上移时：初始位置时，初始位置时，16第16页，共67页，编辑于2022年，星期一17第17页，共67页，编辑于2022年，星期一18第18页，共67页，编辑于2022年，星期一非线性误差非线性误差减小减小非线性误差为：非线性误差为：19第19页，共67页，编辑于2022年，星期一n5月2日第二大节结束20第20页，共67页，编辑于2022年，星期一n变面积型电容位移传感器可用于线位移测量，也可用于角位移测量。变面积型电容位移传感器可用于线位移测量，也可用于角位移测量。n根据不同需要采用平板型极板、圆筒型极板或锯齿型极板根据不同需要采用
13、平板型极板、圆筒型极板或锯齿型极板n这类传感器输入这类传感器输入/输出具有线性特性输出具有线性特性（二）变面积型电容位移传感器（二）变面积型电容位移传感器21第21页，共67页，编辑于2022年，星期一b（a a）直线位移式）直线位移式ax变面积型变面积型22第22页，共67页，编辑于2022年，星期一(b)角位移变面积型角位移变面积型变面积型变面积型23第23页，共67页，编辑于2022年，星期一n当有效覆盖从当有效覆盖从S0 变至变至 S，则，则可见S与C的变化呈线性关系，故其灵敏度为常数：可见，变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输变面积式电容传感器的灵敏度为常数，即输出与输入呈线形关系
14、出与输入呈线形关系n动极板移动时，两极板间的相对有效面积动极板移动时，两极板间的相对有效面积S发生变化，引起电容发生变化，引起电容C发生变化。发生变化。工作原理：工作原理：24第24页，共67页，编辑于2022年，星期一图中所示线位移式传感器：则有：可见，电容相对变化量与水平位移是线性关系可见，电容相对变化量与水平位移是线性关系可见，电容相对变化量与水平位移是线性关系可见，电容相对变化量与水平位移是线性关系 （1 1 1 1）线位移型）线位移型）线位移型）线位移型当动极板移动当动极板移动当动极板移动当动极板移动L L L L后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其后，覆盖面积就发生变化，电
15、容量也随之改变，其后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为值为值为值为灵敏度为：25第25页，共67页，编辑于2022年，星期一定片定片动片动片（b b）角位移式）角位移式（2 2 2 2）角位移型）角位移型）角位移型）角位移型电容的相对变化量为：电容的相对变化量为：当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发当动片有一角位移时，两极板间覆盖面积就发生变化，从而导致电容量的变化，此时电容值为生变化，从而导致电容量的变化，此时电容值为生变化，从而导致电容量的变化，此时电
16、容值为生变化，从而导致电容量的变化，此时电容值为 26第26页，共67页，编辑于2022年，星期一定片定片动片动片（b b）角位移式）角位移式（2 2 2 2）角位移型）角位移型）角位移型）角位移型则其灵敏度为：可见，（1）传感器的电容量与角位移呈线性关系；（2）增大传感器的初始面积或减小极板间距有利于增大传感器的灵敏度K。27第27页，共67页，编辑于2022年，星期一初始电容为初始电容为初始电容为初始电容为C C C C0 0 0 0（当位移（当位移（当位移（当位移x=0 x=0 x=0 x=0时，动极板时，动极板时，动极板时，动极板1 1 1 1和定极板和定极板和定极板和定极板2 2 2
17、 2完全相互覆盖时）：完全相互覆盖时）：完全相互覆盖时）：完全相互覆盖时）：D1D0Lx（3 3 3 3）同心圆筒形电容位移传感器）同心圆筒形电容位移传感器）同心圆筒形电容位移传感器）同心圆筒形电容位移传感器28第28页，共67页，编辑于2022年，星期一外筒内径外筒内径传感器总高度传感器总高度内筒外径内筒外径介质高度介质高度（三）变介质型电容位移传感器（三）变介质型电容位移传感器电容液位计电容液位计设被测介质的相对介电常数为设被测介质的相对介电常数为2，空气的相对介电常数为，空气的相对介电常数为1，液位高度为，液位高度为h，传感器变换器，传感器变换器高度为高度为H，内筒外径为，内筒外径为d，
18、外筒，外筒内径为内径为D 液位传感器的等效电路液位传感器的等效电路液位传感器的等效电路液位传感器的等效电路C C2 2C C1 1C C2 2r r2 22 2r r1 1h hh hx x29第29页，共67页，编辑于2022年，星期一变介质电容式液位传变介质电容式液位传感器感器外筒内径外筒内径内筒外径内筒外径传感器总高度传感器总高度介质高度介质高度当液面高度为零时，当液面高度为零时，传感器的初始电容值传感器的初始电容值为：为：（三）变介质型电容位移传感器（三）变介质型电容位移传感器电容液位计电容液位计30第30页，共67页，编辑于2022年，星期一变介质电容式液位传变介质电容式液位传感器感
19、器外筒内径外筒内径内筒外径内筒外径传感器总高度传感器总高度介质高度介质高度有液体介质后传感器的电容值为：有液体介质后传感器的电容值为：可见，电容式液位计具有线性输出特性。在用于位移或尺寸测可见，电容式液位计具有线性输出特性。在用于位移或尺寸测量的变介质电容位移传感器，一般都具有较好的线性关系。故这种量的变介质电容位移传感器，一般都具有较好的线性关系。故这种传感器可以测量液位、料位的高度。传感器可以测量液位、料位的高度。（三）变介质型电容位移传感器（三）变介质型电容位移传感器电容液位计电容液位计31第31页，共67页，编辑于2022年，星期一厚度传感器厚度传感器厚度传感器厚度传感器厚度传感器的等
20、效电路厚度传感器的等效电路厚度传感器的等效电路厚度传感器的等效电路CC1C2C3（三）变介质型电容位移传感器（三）变介质型电容位移传感器 在用于位移或尺寸测量的变介质电容位移传感器，一般都具有较好在用于位移或尺寸测量的变介质电容位移传感器，一般都具有较好的线性关系。但也有输入的线性关系。但也有输入/输出呈非线性关系的。输出呈非线性关系的。下图中是一改变介质电容传感器，它的输入下图中是一改变介质电容传感器，它的输入/输出呈非线性关系。输出呈非线性关系。极间介质材料可为纸、布或胶片，这种传感器可用于极间介质材料可为纸、布或胶片，这种传感器可用于测量介质的厚测量介质的厚度度；也可通过测量介质的介电常
21、数间接测量影响介电常数的某些；也可通过测量介质的介电常数间接测量影响介电常数的某些量，如湿度、温度等。量，如湿度、温度等。d电容测厚仪电容测厚仪32第32页，共67页，编辑于2022年，星期一设极板形状为长方形，面积为设极板形状为长方形，面积为设极板形状为长方形，面积为设极板形状为长方形，面积为S,S,S,S,两极板间的距离为两极板间的距离为两极板间的距离为两极板间的距离为d d；被测物的厚度为；被测物的厚度为；被测物的厚度为；被测物的厚度为（三）变介质型电容位移传感器（三）变介质型电容位移传感器厚度传感器的等效电路厚度传感器的等效电路厚度传感器的等效电路厚度传感器的等效电路CC1C2C3d
22、0 0 真空介电常数真空介电常数真空介电常数真空介电常数 r r 介质的相对介电常数介质的相对介电常数介质的相对介电常数介质的相对介电常数 介质的介电常数，介质的介电常数，介质的介电常数，介质的介电常数，=r r 0 0在空气中在空气中在空气中在空气中 r r=1=1电容测厚仪电容测厚仪 r r33第33页，共67页，编辑于2022年，星期一电容测厚仪电容测厚仪C1C3C2d电容电容C与介质厚度与介质厚度介电常数介电常数之间的关系是非线性的之间的关系是非线性的34第34页，共67页，编辑于2022年，星期一（四）容栅式电容位移传感器（四）容栅式电容位移传感器容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感
23、器的工作原理容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器是根据在间隙容栅位移传感器是根据在间隙容栅位移传感器是根据在间隙容栅位移传感器是根据在间隙 和介电常数和介电常数和介电常数和介电常数 一定的条件下，电容一定的条件下，电容一定的条件下，电容一定的条件下，电容CCCC的变化量的大小与耦合面积的变化量的大小与耦合面积的变化量的大小与耦合面积的变化量的大小与耦合面积S S变化量的大小成正比，因此变化量的大小成正比，因此变化量的大小成正比，因此变化量的大小成正比，因此容栅式传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的容栅式传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的容栅式传感
24、器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的容栅式传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的一种新型传感器。一种新型传感器。一种新型传感器。一种新型传感器。容栅位移传感器可分为两类，即长容栅位移传感器和圆容栅角位移容栅位移传感器可分为两类，即长容栅位移传感器和圆容栅角位移容栅位移传感器可分为两类，即长容栅位移传感器和圆容栅角位移容栅位移传感器可分为两类，即长容栅位移传感器和圆容栅角位移传感器。传感器。传感器。传感器。35第35页，共67页，编辑于2022年，星期一（四）容栅式电容位移传感器（四）容栅式电容位移传感器 容栅位移传感器是将电容传感器中的电容极板刻成容栅位移传感器是将电容传感器中的
25、电容极板刻成容栅位移传感器是将电容传感器中的电容极板刻成容栅位移传感器是将电容传感器中的电容极板刻成一定形状和尺寸的栅片，再配以相应的测量电路就构一定形状和尺寸的栅片，再配以相应的测量电路就构一定形状和尺寸的栅片，再配以相应的测量电路就构一定形状和尺寸的栅片，再配以相应的测量电路就构成了容栅测量系统。正是特定的栅状电容极板和独特成了容栅测量系统。正是特定的栅状电容极板和独特成了容栅测量系统。正是特定的栅状电容极板和独特成了容栅测量系统。正是特定的栅状电容极板和独特的测量电路使其超越了传统的电容传感器，适宜进行的测量电路使其超越了传统的电容传感器，适宜进行的测量电路使其超越了传统的电容传感器，适
26、宜进行的测量电路使其超越了传统的电容传感器，适宜进行大位移测量。大位移测量。大位移测量。大位移测量。容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器的工作原理36第36页，共67页，编辑于2022年，星期一（四）容栅式电容位移传感器（四）容栅式电容位移传感器 见见P19P19 图2-13a,1是固定容栅，是固定容栅，2是可动容栅，是可动容栅，在在A、B面上分别印制（或刻划）一系列均匀分布并互相绝面上分别印制（或刻划）一系列均匀分布并互相绝缘的金属（如铜箔）。固定容栅与可动容栅栅极面相对，缘的金属（如铜箔）。固定容栅与可动容栅栅极面相对，中间留有间隙中间留有
27、间隙，形成一对对电容。当可动容栅相对固，形成一对对电容。当可动容栅相对固定容栅移动时每对电容面积发生变化，因而电容值随定容栅移动时每对电容面积发生变化，因而电容值随之变化，可测出线位移或角位移。之变化，可测出线位移或角位移。容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器的工作原理容栅位移传感器的工作原理37第37页，共67页，编辑于2022年，星期一（四）容栅式电容位移传感器（四）容栅式电容位移传感器 长容栅位移传感器长容栅位移传感器长容栅位移传感器长容栅位移传感器式中：式中：n为可动容栅的栅极数为可动容栅的栅极数 a、b分别为栅极的宽度和长度（分别为栅极的宽度和长度（m)在测
28、量位移时，动栅与定栅相覆盖的宽度发生变化，则覆盖面积在测量位移时，动栅与定栅相覆盖的宽度发生变化，则覆盖面积发生变化，因此其电容量随之变化，所以根据所测电容量的变化发生变化，因此其电容量随之变化，所以根据所测电容量的变化可知位移的变化量。可知位移的变化量。忽略电容边缘效应，长容栅的最大电容量为：忽略电容边缘效应，长容栅的最大电容量为：忽略电容边缘效应，长容栅的最大电容量为：忽略电容边缘效应，长容栅的最大电容量为：38第38页，共67页，编辑于2022年，星期一（四）容栅式电容位移传感器（四）容栅式电容位移传感器 圆容栅位移传感器圆容栅位移传感器圆容栅位移传感器圆容栅位移传感器式中：式中：R、r
29、栅极外半径和内半径（栅极外半径和内半径（m）每条栅极所对应的圆心角（每条栅极所对应的圆心角（rad)动栅转动时使两栅之间的覆盖角由动栅转动时使两栅之间的覆盖角由变为变为x,电容电容C随之变化。随之变化。见见见见P19P19P19P19 图2-13b,片状圆容栅的两圆盘1、2同轴安装，栅状成辐射状，可动容栅随被测对象一起转动。忽略电容边缘忽略电容边缘忽略电容边缘忽略电容边缘效应，圆容栅的最大电容量为：效应，圆容栅的最大电容量为：效应，圆容栅的最大电容量为：效应，圆容栅的最大电容量为：39第39页，共67页，编辑于2022年，星期一 容栅式传感器它在具有电容式传感器优点的同时，容栅式传感器它在具有
30、电容式传感器优点的同时，又具有多极电容带来的平均效应，分辨力高，提高了抗又具有多极电容带来的平均效应，分辨力高，提高了抗干扰能力、提高了测量精度干扰能力、提高了测量精度(可达可达5um)、极大地扩展了量、极大地扩展了量程程(可达可达1m)，适宜进行大位移测量，对刻划精度和安装精，适宜进行大位移测量，对刻划精度和安装精度要求可有所降低，是一种很有发展前途的传感器。度要求可有所降低，是一种很有发展前途的传感器。容栅式传感器的优点：容栅式传感器的优点：40第40页，共67页，编辑于2022年，星期一1 1、电容位移传感器的屏蔽和接地问题、电容位移传感器的屏蔽和接地问题 传感器的初始电容量很小，而极板
31、与周围物体、各传感器的初始电容量很小，而极板与周围物体、各种仪器、电缆以至人体都会发生电容联系，产生附加电种仪器、电缆以至人体都会发生电容联系，产生附加电容，称为寄生电容。这些寄生电容较大，容，称为寄生电容。这些寄生电容较大，与传感器电容与传感器电容相并联相并联，改变了电容传感器的电容量，一方面降低量传，改变了电容传感器的电容量，一方面降低量传感器的灵敏度，另一方面这些寄生电容（如电缆电容）感器的灵敏度，另一方面这些寄生电容（如电缆电容）常常是随机变化的，从而导致了电容位移传感器特性的常常是随机变化的，从而导致了电容位移传感器特性的不稳定，影响测量精度。不稳定，影响测量精度。措施：为了解决此问
32、题，通常对电容位移传感器及其引线采措施：为了解决此问题，通常对电容位移传感器及其引线采取屏蔽措施，将传感器放在金属壳内，接地应安全可靠。取屏蔽措施，将传感器放在金属壳内，接地应安全可靠。（五）电容式位移传感器的绝缘和屏蔽（五）电容式位移传感器的绝缘和屏蔽41第41页，共67页，编辑于2022年，星期一 2.电容式位移传感器的绝缘电容式位移传感器的绝缘电容位移传感器的一般比较小，如果电源频率不高，电容位移传感器的一般比较小，如果电源频率不高，则传感器本身的容抗就会相当大，具有如此大内阻的电则传感器本身的容抗就会相当大，具有如此大内阻的电容位移传感器，通常的绝缘电阻只能视为电容位移传感容位移传感器
33、，通常的绝缘电阻只能视为电容位移传感器的旁路电阻，我们称之为漏电阻。若绝缘材料性能不器的旁路电阻，我们称之为漏电阻。若绝缘材料性能不佳，绝缘电阻随环境温度和湿度而变化，还会使电容位佳，绝缘电阻随环境温度和湿度而变化，还会使电容位移传感器的输出产生缓慢的零位漂移。移传感器的输出产生缓慢的零位漂移。解决方法：绝缘材料应具有高的绝缘电阻、低的膨胀系数、解决方法：绝缘材料应具有高的绝缘电阻、低的膨胀系数、几何尺寸的长期稳定性和低的吸潮性，常用的材料有玻璃、几何尺寸的长期稳定性和低的吸潮性，常用的材料有玻璃、石英等，使用时要进行表面密封。石英等，使用时要进行表面密封。42第42页，共67页，编辑于202
34、2年，星期一n课堂练习43第43页，共67页，编辑于2022年，星期一n14、电容式传感器的电容量是其极板面积、（、电容式传感器的电容量是其极板面积、（）、和）、和极板间介质的介电常数的函数。（练一）极板间介质的介电常数的函数。（练一）44第44页，共67页，编辑于2022年，星期一n14、电容式传感器的电容量是其极板面积、（、电容式传感器的电容量是其极板面积、（极板极板间隙间隙 ）、和极板间介质的介电常数的函数。）、和极板间介质的介电常数的函数。45第45页，共67页，编辑于2022年，星期一n35、画出变极距型电容位移传感器测量线位移的原理、画出变极距型电容位移传感器测量线位移的原理示意图
35、，并分析小位移测量的灵敏度。示意图，并分析小位移测量的灵敏度。(单元一）单元一）46第46页，共67页，编辑于2022年，星期一（一）变极距型电容位移传感器（一）变极距型电容位移传感器S定极板定极板动极板动极板极距极距47第47页，共67页，编辑于2022年，星期一设动极板未移动时极板间距（初始极距）为设动极板未移动时极板间距（初始极距）为设动极板未移动时极板间距（初始极距）为设动极板未移动时极板间距（初始极距）为 0 0 0 0则初始电容量：则初始电容量：当动极板上移，极距当动极板上移，极距当动极板上移，极距当动极板上移，极距 0 0 0 0减小减小减小减小 ，传感器的电容量，传感器的电容量
36、，传感器的电容量，传感器的电容量电容增量：电容增量：电容增量：电容增量：48第48页，共67页，编辑于2022年，星期一略去高次非线性项，得略去高次非线性项，得略去高次非线性项，得略去高次非线性项，得电容的相对变化量为电容的相对变化量为电容的相对变化量为电容的相对变化量为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：49第49页，共67页，编辑于2022年，星期一n15、把电容式位移传感器做成差动形式，即可以提、把电容式位移传感器做成差动形式，即可以提高测量（高测量（），又可以使零点附近工作特性的线），又可以使零点附近工作特性的线性度得到改善。（模拟二）性度得到改善
37、。（模拟二）50第50页，共67页，编辑于2022年，星期一n15、把电容式位移传感器做成差动形式，即可以提、把电容式位移传感器做成差动形式，即可以提高测量（高测量（灵敏度灵敏度 ），又可以使零点附近工作特），又可以使零点附近工作特性的线性度得到改善。性的线性度得到改善。51第51页，共67页，编辑于2022年，星期一n4、电容式测厚仪应用的传感器属于（模拟三）、电容式测厚仪应用的传感器属于（模拟三）nA.容栅式电容传感器容栅式电容传感器nB.变极距型电容传感器变极距型电容传感器nC.变介质型电容传感器变介质型电容传感器nD.变极板面积型电容传感器变极板面积型电容传感器52第52页，共67页，
38、编辑于2022年，星期一n4、电容式测厚仪应用的传感器属于、电容式测厚仪应用的传感器属于nC.变介质型电容传感器变介质型电容传感器53第53页，共67页，编辑于2022年，星期一n15、变极距型电容位移传感器只有在（、变极距型电容位移传感器只有在（）测量时，）测量时，其灵敏度才为常数。其灵敏度才为常数。54第54页，共67页，编辑于2022年，星期一n15、变极距型电容位移传感器只有在（小位移）测量时，、变极距型电容位移传感器只有在（小位移）测量时，其灵敏度才为常数。其灵敏度才为常数。55第55页，共67页，编辑于2022年，星期一n31、某变极距型位移传感器的极板直径为、某变极距型位移传感器
39、的极板直径为D=10mm,极板间介质的相对介电常数极板间介质的相对介电常数r r=500,空气介电常数空气介电常数0 0=8.85x10-12F/m。当极板间的初始距离。当极板间的初始距离0 0=5mm 时，时，求在微小位移测量时该传感器的灵敏度。（模拟五）求在微小位移测量时该传感器的灵敏度。（模拟五）56第56页，共67页，编辑于2022年，星期一传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：传感器的灵敏度为：57第57页，共67页，编辑于2022年，星期一n4、下列电容式位移传感器中，测量范围最大的是。、下列电容式位移传感器中，测量范围最大的是。（密押一）（密押一）nA.变极板面积
40、型变极板面积型nB.变极距型变极距型nC.变介质型变介质型nD.容栅式容栅式58第58页，共67页，编辑于2022年，星期一n4、下列电容式位移传感器中，测量范围最大的是。（密、下列电容式位移传感器中，测量范围最大的是。（密押一）押一）nD.容栅式容栅式59第59页，共67页，编辑于2022年，星期一n15、电容式传感器根据工作原理可分为变极距型、变、电容式传感器根据工作原理可分为变极距型、变面积型和面积型和()型（密押一）型（密押一）60第60页，共67页，编辑于2022年，星期一n15、电容式传感器根据工作原理可分为变极距型、变、电容式传感器根据工作原理可分为变极距型、变面积型和面积型和(
41、变介质变介质)型（密押一）型（密押一）61第61页，共67页，编辑于2022年，星期一n4、电容式液位计属于（、电容式液位计属于（2010）A.容栅型电容式传感器容栅型电容式传感器B.改变介质型电容式传感器改变介质型电容式传感器C.改变极距型电容式传感器改变极距型电容式传感器D.改极板面积型电容式传感器改极板面积型电容式传感器62第62页，共67页，编辑于2022年，星期一n4、电容式液位计属于（、电容式液位计属于（2010）B.改变介质型电容式传感器改变介质型电容式传感器63第63页，共67页，编辑于2022年，星期一n课后作业64第64页，共67页，编辑于2022年，星期一n25、差动式电
42、容位移传感器有哪些特点？（模拟三）、差动式电容位移传感器有哪些特点？（模拟三）n25、简述容栅式电容位移传感器的优点？（模拟四）、简述容栅式电容位移传感器的优点？（模拟四）65第65页，共67页，编辑于2022年，星期一n25、差动式电容位移传感器有哪些特点？（模拟三）、差动式电容位移传感器有哪些特点？（模拟三）把电容位移传感器连接成差动形式，当把电容位移传感器连接成差动形式，当中间活动极板移动时，一边电容增加，另一中间活动极板移动时，一边电容增加，另一边电容减小，总的电容变化为两者的代数和。边电容减小，总的电容变化为两者的代数和。这样不仅提高灵敏度，同时使在零点附近工这样不仅提高灵敏度，同时
43、使在零点附近工作的线性度也得到了改善。作的线性度也得到了改善。66第66页，共67页，编辑于2022年，星期一n25、简述容栅式电容位移传感器的优点？（模拟四）、简述容栅式电容位移传感器的优点？（模拟四）容栅式传感器它在具有电容式传感器优点的同容栅式传感器它在具有电容式传感器优点的同时，又具有多极电容带来的平均效应，分辨力高，提时，又具有多极电容带来的平均效应，分辨力高，提高了抗干扰能力、提高了测量精度高了抗干扰能力、提高了测量精度(可达可达5um)、极大地、极大地扩展了量程扩展了量程(可达可达1m)，适宜进行大位移测量，对刻划精度，适宜进行大位移测量，对刻划精度和安装精度要求可有所降低，是一种很有发展前途的传感器。和安装精度要求可有所降低，是一种很有发展前途的传感器。67第67页，共67页，编辑于2022年，星期一