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1、 电容式传感器工作原理 LELE was finally revised on the morning of December 16,2020 授课题目 电容式传感器的工作原理 授课类型 新授课 首次授课时间 2012 年 4 月 15 日 学时 2 教学目标 1、了解电容式测量的基本概念，2、掌握三种类型的电容式传感器的结构、工作机理、参数计算公式和应用范围。重点与难点 三种类型电容式传感器的工作原理及参数的计算 教学手段与方法 为了激发同学们对本课程学习的热情，在讲解概述部分采用大量的实用图片、实物应用进行多媒体讲授。教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等
2、）【授课思路】电容式测量的基本概念；电容的计算公式；三种类型的电容式传感器：即变面积式、变间隙式和变介电常数式。提问学生：电容的计算公式是什么从公式可以看出电容的大小由哪些量决定引入电容式测量的概念和电容式传感器的分类（采用提问方式）【讲解要点】电容式传感器的工作原理【导入新课】从日常生活中的实例出发激发学生学习兴趣。【出示目标】1、了解电容式测量的基本概念，2、掌握三种类型的电容式传感器的结构、工作机理、参数计算公式和应用范围。【具体内容】电容式传感器的工作原理及特性 一 基本工作原理 平行极板电容器的电容量为：r0SSC 以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传
3、感器。当被测量 s发生变化时，都会引起电容的变化，这就是电容式传感器的工作原理。二 电容式传感器的类型和特性 1.变极距型电容传感器 首先介绍最简单的变间隙式电容传感器，推导计算公式、相对变化、非线性 学生 活动 明确目标 理解 极板间介质的介电系数；误差和灵敏度。然后引导学生分析得出非线性会随位移的增大而增大，自然地引入采用差动形式的变间隙式电容传感器，同样计算出非线性误差和灵敏度，进行比较，突出其优点。设动极板未移动时极板间距为0 初始电容量为 00 SC 极板 2上移：000000 CSSSC 电容的相对变化量为：10000CC 时，当1/0 .13020000 CC 略去高次项，得：0
4、0CC 非线性误差与/0 有关。其表达式为：%1000020）（r 传感器的灵敏度为：1202000SCCK 差动式变间隙型电容传感器 初始位置时，00,021 SC 动极板上移时：0201,10001011 CSCCC 0 真空的介电常数，0=10-12 F/m；r 极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，r 1。所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足0的条件。且一般只能在极小的范围内变化。10002021 CSCCC 时，当1/0 .13020001CC .13020002CC .22300021 CCCC 电容量的相对变化为 200CC 非线性误差为：%100%10020030 r减小
5、 灵敏度：S2 22000CCK提高一倍 2.变面积型电容传感器 ，0 SC 0，0 11 00CSCCC 0CC 板状线位移变面积型 总共举3 个例子（3 种常见的变面积式）来进行讲解，对于每个例子，分别从结构特点、电容计算公式、相对变化、灵敏度等几个方面来介绍。最后用一个包含 3个例子的FLASH动画来进行演示和总结。1 00axCxabCCCx axCC0 线性 同心圆筒形线位移电容式传感器 初始电容 C0为：1000ln2DDLC 当内筒上移 x时，内外筒间的电容 C1 为 LxCDDxLC1ln201001 L CC0 x 与 x成线性关系 3.变介电常数型电容传感器 首先介绍不同物质具有不同的介电常数，引出变介电常数式电容传感器。结合电容液位计介绍变介电常数式电容传感器的工作原理。公式的推导过程不是重点，让学生下课后自己推导，结论是重点，对计算结果要认真分析。当其中一个极板发生 x位移后，改变了两极板间的遮盖面积S，电容量 C 同样随之变化。思考题、讨论题、作业 1、电容式传感器有哪些类型？说明各种类型的电容式传感器的工作原理。2、推导差动式变间隙型电容传感器的灵敏度和非线性误差，并与单一型传感器比较。教学后记 本节课是学习通过日常生活中的实例引出检测与转换技术的应用，激发学生兴趣，然后提出学习目的、要求