《(精品)ch4电容式传感器及其应用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(精品)ch4电容式传感器及其应用.ppt（63页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 1第第4章章 电容式传感器电容式传感器应用：应用：在位栘、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。利用电容器的原理，将被测利用电容器的原理，将被测非电量非电量的变的变化转换为化转换为电容量电容量变化的传感器件。变化的传感器件。HM1500HM1500HM1500HM1500湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 2学习目标：学习目标：1.掌握各类电容传感器的工作原理和结构。掌握各类电容传感器的工作原理和结构。2.分析各种电容式传感器测量电路的特点。
2、分析各种电容式传感器测量电路的特点。3.掌握电容式传感器的应用。掌握电容式传感器的应用。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 34.1 电容式传感器的工作原理及类型电容式传感器的工作原理及类型 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,其电容量为式中:电容极板间介质的介电常数;A两平行板所覆盖的面积;d两平行板之间的距离。一、电容式传感器的工作原理一、电容式传感器的工作原理（4-1）Ad第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 4Ad在在d、A 和和三个参数中，保持其中两个不变，改变三个参数中，保持其中两个不变，改变另一个参数就可以使电容量
3、另一个参数就可以使电容量C C发生改变。发生改变。三种基本类型三种基本类型：l变变极距极距(变间隙变间隙)(d)型型l变面积型变面积型(A)型型l变介电常数变介电常数()型型第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 5二、电容式传感器类型二、电容式传感器类型 按结构分类平板式圆柱、圆筒式按原理分类：变间隙电容传感器变面积电容传感器变介电常数电容传感器定极板定极板动极板动极板第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 6当传感器的和A为常数,初始极距为d0时,可知其初始电容量C0为1 1、变极距型电容传感器、变极距型电容传感器 变极距型电容传感器变极距型电容传感器d21极距
4、增加d时：其输出特性是双曲线函数关系，其输出特性是双曲线函数关系，存在着非线性。存在着非线性。CC0C C d 特性曲线特性曲线第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 7当当ddd d很小时，上式可按级数展开很小时，上式可按级数展开电容的相对变化量：电容的相对变化量：灵敏度：灵敏度：若略去非线性项，保留常数项若略去非线性项，保留常数项如何减小非线性误差、如何提高灵敏度如何减小非线性误差、如何提高灵敏度测微小量，灵测微小量，灵敏度与初始极敏度与初始极距平方成反比距平方成反比第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 8u减小非线性误差：减小非线性误差：d/d0很小时，C1
5、与d近似呈线性关系采用差动形式的电容传感器采用差动形式的変气隙式电容传感器第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 9极距变化型差动式输出特性极距变化型差动式输出特性(动极板向上运动动极板向上运动):):偶次项消失！第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 10单组式单组式差动式差动式差动式比单组式电容传感器的非线性误差减小一个数量级。差动式比单组式电容传感器的非线性误差减小一个数量级。非线性误差分析：非线性误差分析：第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 11单组式单组式差动式差动式差动式比单组式电容传感器的灵敏度提高一倍。差动式比单组式电容传感器的灵敏
6、度提高一倍。灵敏度分析：灵敏度分析：第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 12当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,此时电容C变为式中:g云母的相对介电常数;0空气的介电常数,0=1;d0空气隙厚度;dg云母片的厚度。u提高灵敏度：提高灵敏度：d0同样的d变化所引起的C增大d0差动式差动式第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 13云母片的相对介电常数是空气的7倍,其击穿电压不小于1000kV/mm,而空气的仅为3kV/mm。因此有了云母片,极板间起始距离可大大减小。一般变极板间距离电容式传感器的起始电容
7、在20100pF之间,极板间距离在25200m的范围,最大位移应小于间距的1/10,故在微位移测量中应用最广。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 14变面积型电容传感器原理结构示意图2 2、变面积型电容式传感器、变面积型电容式传感器极板线位移变面积式传感器Lb bd d直线位移直线位移角位移角位移定极板定极板动极板动极板第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 15Lb bd d当当动极板动极板相对相对定极板定极板向右平移向右平移时，其相应的电容为：时，其相应的电容为：电容的相对变化量为：电容的相对变化量为：与与显而易见显而易见呈线性关系。呈线性关系。直线位移直线
8、位移第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 16注意：注意：变面积电容传感器，可动极板的移动距离不能太变面积电容传感器，可动极板的移动距离不能太 大，否则边缘效应增加，产生非线性，影响测试精度。大，否则边缘效应增加，产生非线性，影响测试精度。采用差动式，可获采用差动式，可获得较大的线位移或角位得较大的线位移或角位移，提高灵敏度和克服移，提高灵敏度和克服边缘效应。边缘效应。C1C2第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 17 平平板板形形结结构构对对极极板板移移动动变变化化特特别别敏敏感感，测测量量精精度度受受到到影影响响。而而圆圆柱柱形形结结构构受受极极板板径径向向
9、变变化化的的影影响响很很小小，成成为为实实际中最常采用的结构。际中最常采用的结构。L L 外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；D D0 0 外圆筒内半径外圆筒内半径D D1 1 内圆柱外半径。内圆柱外半径。LD D1 1D D0 0定定极板极板动动极板极板线位移单组式的电容量线位移单组式的电容量C C为：为：第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 18当两圆筒相对移动当两圆筒相对移动L L 时，电容变化量时，电容变化量C C 为为:这类传感器具有良好的线性这类传感器具有良好的线性,大多用来检测位移等参数。大多用来检测位移等参数。LD D1 1D D0 0定
10、定极板极板动动极板极板第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 19定极板定极板动极板动极板角位移角位移 当动极板有一角位移时当动极板有一角位移时时，与定极板的遮盖面时，与定极板的遮盖面积就改变，从而改变了两极板间的电容量。积就改变，从而改变了两极板间的电容量。当当=0=0时，时，当当 0 0 时，时，电容的相对变化量为：电容的相对变化量为：与与显而易见显而易见呈线性关系。呈线性关系。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 20第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 21总结总结类型线性灵敏度工作范围变极距单组差动最小改善变面积角度、直线平板、圆筒线性一
11、般较小较大第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 223 3、变介质常数型电容传感器、变介质常数型电容传感器 常用来检测片状材料的常用来检测片状材料的厚度厚度、容器中、容器中液面高度液面高度，还可，还可用来测量用来测量介质的介电常数、温度、湿度介质的介电常数、温度、湿度等。等。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 23C1C2Cd d1 1d d2 2测厚仪测厚仪介电常数测试仪介电常数测试仪测厚仪测厚仪总电容为总电容为C C1 1与与C C2 2串联的结果串联的结果第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 24C1CC2可见，传感器电容量可见，传感器电
12、容量C C 与被测液位高度与被测液位高度h h 成线性关系。成线性关系。电容液位计电容液位计 H2r12r2h1 10 0总电容为总电容为C C1 1与与C C2 2并联的结果并联的结果第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 25例例:某电容式液位传感器由直径为某电容式液位传感器由直径为40mm40mm和和8mm8mm的两个同心圆的两个同心圆柱体组成。储存灌也是圆柱形，直径为柱体组成。储存灌也是圆柱形，直径为50cm50cm，高为，高为1.2m1.2m。被。被储存液体的储存液体的r r 2.12.1。计算传感器的最小电容和最大电容以。计算传感器的最小电容和最大电容以及用在储存灌内
13、传感器的灵敏度及用在储存灌内传感器的灵敏度(pFpF/L)/L)解：解：第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 264.2 电容式传感器的等效电路和测量电路电容式传感器的等效电路和测量电路 被测物理量被测物理量电容电容转换电路转换电路电压或其它电量电压或其它电量电容式传感器的转换电路就电容式传感器的转换电路就是将电容式传感器看成一个是将电容式传感器看成一个电容并将其转换成电压或其电容并将其转换成电压或其它电量的电路它电量的电路第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 27图中C为传感器电容，Rp为极板间漏电和介质损耗电阻；Rs包含导线、极板间和金属支座等损耗电阻；Ls
14、为电容器及引线电感；Cp为寄生电容，并联关系。电容传感器的等效电路 s一、等效电路一、等效电路第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 28电路的谐振频率：电路的谐振频率：一般，一般，RpRp、RsRs可忽略，等效电容、等效阻抗：可忽略，等效电容、等效阻抗：每当改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。供电电源频率必须低供电电源频率必须低于该谐振频率，一般于该谐振频率，一般为其为其1/31/2，传感，传感器才能正常工作器才能正常工作 第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 29电容式传感器中电容值以及电容变化都非常小,难以直接为目前的显示仪表所显示！
15、二、电容式传感器的测量电路二、电容式传感器的测量电路借助借助测量电路测量电路以检出这一微小电容增量以检出这一微小电容增量,并将其转换成并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。电桥电路二极管双T型交流电桥脉冲宽度调制电路等运算放大器式电路第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 301、电桥电路电桥电路电容式传感器交流电桥若另两个臂是紧耦合电感臂的电桥，则具有较高的灵敏度和稳定性，且寄生电容影响极小，大大简化了电桥的屏蔽和接地，适合于高频电源下工作。变压器式电桥使用元件最少，桥路内阻最小，因此目前较多采用。C1C2R3R4UC1C2
16、C3C4U第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 31电容电桥的主要特点：电容电桥的主要特点：(1)高频交流正弦波供电；(2)电桥输出调幅波，要求电源电压波动极小，需采用稳幅、稳频等措施；(3)通常处于不平衡工作状态，所以传感器必须工作在平衡位置附近，否则电桥非线性增大，且在要求精度高的场合应采用自动平衡电桥；(4)输出阻抗很高(一般达几兆欧至几十兆欧)，输出电压低，必须后接高输入阻抗、高放大倍数的处理电路。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 322、二极管双二极管双T型交流电桥型交流电桥高频电源高频电源,它提它提供幅值为供幅值为UE 的的对称方波对称方波VD1
17、、VD2为特性完全相同的两个二极管,R1=R2=R,C1、C2为传感器的两个差动电容，当传感器没有输入时,C1=C2电路工作原理:正半周正半周1：VD1、VD2,C1充电;负半周负半周1：C1上的电荷通过R1、RL放电,流过RL的电流为I1。同时VD2、VD1,C2充电;正半周正半周2：C2通过电阻R2,负载电阻RL放电,流过RL的电流为I2。根据上面所给的条件,则电流I1=I2,且方向相反,在一个周期内流过RL的平均电流为零。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 33若传感器输入不为0,则C1C2I1I2RL上有信号输出,其输出在一个周期内的平均值为则f为电源频率为电源频率令
18、第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 34电路的特点：电路的特点：(1)线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响；(2)电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定；(3)输出阻抗为R，而与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点；(4)适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式传感器。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 35Q=1,=0：A点高电位通过R1对C1充电,1=R1C1,直至F点电位高于Ur,比较器A1输出正跳变信号。与此同时,因=0,电容器C2通过VD2迅速放电至零电平。A1正跳变信号激励触发器翻转,使Q=0,=1,于
19、是A点为低电位,C1通过VD1迅速放电,而B点高电位通过R2对C2充电,时间常数为2=R2C2,直至G点电位高于参比电位Ur。3、脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路C1、C2：电容传感器；R1=R2,A1、A2为比较器。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 36U1触发器输出高电平;T1、T2C1、C2充放电至Ur所需时间。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 37设R1=R2=R，则得输出的直流电压与输出的直流电压与传感器两电容差值传感器两电容差值成正比成正比 结合平行板电容的公式,在变极板距离的情况下可得d1、d2分别为分别为C1、C2极板间距离极板间距离第第
20、4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 38由此可见,差动脉宽调制电路能适用于变极板距离以及变面积式差动式电容传感器,并具有线性特性,且转换效率高,经过低通放大器就有较大的直流输出,且调宽频率的变化对输出没有影响。当差动电容C1=C2=C0,即d1=d2=d0时,uAB=0;当C1C2,设C1C2,即d1=d0-d,d2=d0+d,则同样,在变面积电容传感器中,则有第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 394、运算放大器式电路运算放大器式电路运算放大器式电路原理图运算放大器式电路原理图-AUoCoCxUi运算放大器的输出运算放大器的输出电压与极板间距离电压与极板间距离
21、 d 呈线性关系呈线性关系第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 404.3 电容式传感器主要性能及特点电容式传感器主要性能及特点 一、主要性能一、主要性能 静态灵敏度静态灵敏度 非线性非线性 类型线性灵敏度工作范围变极距单组差动最小改善变面积角度、直线平板、圆筒线性一般较小较大第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 41二、特点二、特点 1、优点(1)温度稳定性好传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，且空气等介质损耗很小，因此只要从强度、温度系数等机械特性考虑，合理选择材料和几何尺寸即可，其他因素(因本身发热极小)影响甚微。而电阻式传感器有电阻
22、，供电后产生热量；电感式传感器存在铜损、涡流损耗等，引起本身发热产生零漂。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 42(2)结构简单、适应性强结构简单、适应性强电容式传感器结构简单，易于制造。能在高低温、强辐射及强磁场等各种恶恶劣劣的的环环境境条条件件下工作，适应能力强，尤其可以承受很大的温度变化，在高压力、高冲击、过载等情况下都能正常工作，能测超高压和低压差，也能对带带磁磁工件进行测量。此外传感器可以做得体积很小，以便实现某些特殊要求的测量。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 43(3)动态响应好电容式传感器由于极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，又由于
23、它的可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻，因此其固有频率固有频率很高，动态响应时间短，能在几MHz的频率下工作，特别适合动态测量。可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 44(4)可以实现非接触测量、具有平均效应当被测件不能允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。电容式传感器除上述优点之外，还因带电极板间的静电引力极小，因此所需输入能量极小输入能量极小，所以特别适宜低能量输入的测量，例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做
24、得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001m甚至更小的位移。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 452、缺点(1)输出阻抗高、负载能力差电容式传感器的容量一般为几十到几百pF，使传感器的输出阻抗很高，带负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取屏蔽措施，从而给设计和使用带来不便。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 46(2)寄生电容影响大引线电缆电容电缆电容(l2m导线可达800pF)、测量电路的杂杂散电容散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容寄生电容”却较大，降低了传感器的灵敏度
25、；这些电容(如电缆电容)常常是随机变化的，将使传感器工作不稳定，影响测量精度，第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 47(3)输出特性非线性输出特性非线性变极距型电容传感器的输出特性是非线性的，虽可采用差动结构来改善，但不可能完全消除。其他类型的电容传感器只有忽略了电场的边缘效应边缘效应时，输出特性才呈线性。上述不足直接导致电容式传感器测量电路复杂的缺点。但随着材料、工艺、电子技术，特别是集成电路的高速发展，电容式传感器的优点得到发扬而缺点不断得到克服，成为一种大有发展前途的传感器。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 48三、设计要点三、设计要点电容式传感器所
26、具有的高灵敏度、高精度等独特的优点是与其正确设计、选材以及精细的加工工艺分不开的。在设计传感器的过程中，应尽量使它具有低成本、高精度、高分辨力、稳定可靠和高的频率响应等。1 1保证绝缘材料的绝缘性能保证绝缘材料的绝缘性能减小环环境境温温度度、湿湿度度等变化所产生的误差,以保证绝缘材料的绝缘性能,温度变化使传感器内各零件的几何尺寸和相互位置及某些介质的介电常数发生改变,从而改变传感器的电容量,产生温度误差。湿度也影响某某些些介介质质的的介介电电常常数数和和绝绝缘缘电电阻阻值值。因此必须从选材、结构、加工工艺等方面来减小温度等误差和保证绝缘材料具有高的绝缘性能。第第4章章 电容式传感器及其应用电容
27、式传感器及其应用 492 2消除和减小边缘效应消除和减小边缘效应带有等位环的平板电容传感器结构原理图均匀电场1233边缘电场边缘效应引起的非线性与变极距型电容式传感器原理上的非线性恰好相反，在一定程度上起了补偿作用。在结构上增设等位环等位环来消除边缘效应。等位环3与电极2在同一平面上并将电极2包围，且与电极2电绝缘但等电位等电位，这就能使电极2的边缘电力线平直，电极1和2之间的电场基本均匀，而发散的边缘电场发生在等位环3外周不影响传感器两极板间电场。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 50 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
28、须消除和减小它。可采用方法：3 3消除和减小寄生电容的影响消除和减小寄生电容的影响（1 1）增加传感器原始电容值）增加传感器原始电容值（2 2）注意传感器的接地和屏蔽；）注意传感器的接地和屏蔽；（3 3）集成化）集成化（4 4）采用）采用“驱动电缆驱动电缆”(双层屏蔽等位传输双层屏蔽等位传输)技术技术（5 5）采用运算放大器法；）采用运算放大器法；（6 6）整体屏蔽法）整体屏蔽法第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 515 5防止和减小外界干扰防止和减小外界干扰当外界干扰(如电磁场)在传感器上和导线之间感应出电压并与信号一起输送至测量电路时就会产生误差。干扰信号足够大时，仪器无
29、法正常工作。此外，接地点不同所产生的接地电压差也会给仪器带来误差和故障。防止和减小干扰的措施归纳为：u屏蔽和接地。传感器壳体；导线；传感器与测量电路前置级等等。u增加原始电容量，降低容抗。u导线和导线之间要离得远，线要尽可能短，最好成直角排列，若必须平行排列时，可采用同轴屏蔽电缆线。u尽可能一点接地，避免多点接地。地线要用粗的良导体或宽印制线。u采用差动式电容传感器，减小非线性误差，提高传感器灵敏度，减小寄生电容的影响和温度、湿度等误差。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 524.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用（1）测定角度）测定角度：（2）测定液面高度）测定液面高
30、度h：（3）测定压力）测定压力F：（4）测定位移）测定位移x：定片定片动片动片电介质电介质金属芯线金属芯线导电液体导电液体待测压力待测压力F固定电极固定电极可动电极可动电极x极板极板极板极板电介质电介质第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 531、电容式压力传感器电容式压力传感器一个膜片动电极和两个在凹形玻璃上电镀成的固定电极组成的差动电容器。P1凹形玻璃膜片金属镀层当被测压力或压力差作用于膜片并使之产生位移时,形成的两个电容器的电容量,一个增大,一个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用
31、 54超高压、小压差（过载保护能力强）采用球面电极，改善性能工艺要求高，张紧膜片与壳体的焊接困难特点：特点：第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 552、电容式加速度传感器电容式加速度传感器两个固定极板（与壳体绝缘）,中间有一用弹簧片支撑的质量块,质量块的两个端面经过磨平抛光作为可动极板。传感器壳体随被测对象作加速运动,质量块在惯性空间中相对静止,而两个固定电极将相对质量块在垂直方向产生正比于被测加速度的位移。此位移使两电容的间隙发生变化,一个增加,一个减小,从而使C1、C2产生大小相等,符号相反的增量,此增量正比于被测加速度。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应
32、用 56特特点点：频率响应快和量程范围大,大多采用空气或其它气体作阻尼物质。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 57电容器极板电容器极板电介质板电介质板被测物体被测物体电容式位移传感器示意图电容式位移传感器示意图x电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量这个电学量3、电容式位移传感器电容式位移传感器第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 584、差动式电容测厚传感器差动式电容测厚传感器电容测厚传感器是用来对金属带材在轧制过程中厚度轧制过程中厚度的检测，其工作原理是在被测带材的上下两侧各置放一块面积
33、相等，与带材距离相等的极板，这样极板与带材就构成了两个电容器C1、C2。把两块极板用导线连接起来成为一个极，而带材就是电容的另一个极，其总电容为C1+C2，如果带材的厚度发生变化，将引起电容量的变化，用转换电路将电容的变化测出来，经过放大即可由电表指示测量结果。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 59图示为频率型差动式电容测厚传感器系统组成框图。将被测电容C1、C2作为各变换振荡器的回路电容,振荡器的其它参数为固定值,等效电路如图（b）所示,图中C0为耦合和寄生电容,振荡频率f随被测电容C1、C2改变。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 60设两传感器极板间
34、距离固定为d0,若在同一时间分别测得上、下极板与金属板材上、下表面距离为dx1、dx2,则被测金属板材厚度=d0-(dx1+dx2)。由此可见,振荡频率包含了电容传感器的间距dx的信息。各频率值通过取样计数器获得数字量,然后由微机进行处理以消除非线性频率变换产生的误差,即可获得板材厚度。振荡频率包含了电容传感器的间距dx的信息。各频率值通过取样计数器获得数字量,然后由微机进行处理以消除非线性频率变换产生的误差,即可获得板材厚度。第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 61待测压力待测压力F固定电极固定电极膜片电极膜片电极例例1传传感感器器是是一一种种采采集集信信号号的的重重要要器
35、器件件，如如图图是是一一种种测测定定压压力力的的电电容容式式传传感感器器，当当待待测测压压力力F作作用用于于可可动动膜膜片片产产生生变变形形，引引起起电电容容的的变变化化，若若将将电电容容器器、灵灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么（）A当当F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B当当F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F发生变化发生变化D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F不发生变化不发生变化 BC第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 62电容式涡街流量传感器MICROTRAK9000纳米级超高精度电容式传感器第第4章章 电容式传感器及其应用电容式传感器及其应用 63本章要点电容式传感器结构电容式传感器结构工作原理工作原理灵敏度及非线性灵敏度及非线性特点及等效电路特点及等效电路设计要点设计要点转换电路转换电路电容式传感器电容式传感器应用应用