1、航空檢測(cè)技術(shù)3.4.1航空檢測(cè)技術(shù)3.4.2傳統(tǒng)式傳感器傳統(tǒng)式傳感器電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式電容式電容式磁電感應(yīng)式磁電感應(yīng)式磁敏式磁敏式壓電式壓電式航空檢測(cè)技術(shù)3.4.33.4.1 基本工作原理及特性基本工作原理及特性3.4.2 電容式傳感器測(cè)量電路電容式傳感器測(cè)量電路3.4.3 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用3.4 電容式傳感及檢測(cè)技術(shù)電容式傳感及檢測(cè)技術(shù)航空檢測(cè)技術(shù)3.4.41. 電容式傳感器的工作原理電容式傳感器的工作原理由絕緣介質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電由絕緣介質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為式中式中

2、電容器極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，電容器極板間介質(zhì)的介電常數(shù)， (其中其中 為為真空的介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)， =8.851012F/m， 為極板間介質(zhì)的相對(duì)為極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)介電常數(shù))；A兩平行板所覆蓋的面積；兩平行板所覆蓋的面積；l兩平行板之間的距離。兩平行板之間的距離。or oor3.4.1 基本工作原理及分類基本工作原理及分類lACr 0 航空檢測(cè)技術(shù)3.4.5電容式傳感器可分為電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型三種介電常數(shù)型三種。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.6（1）變極距型電容式傳感器）變極距型電容式傳感器)l/l(Cl/ll/lCllACrx000

3、200001112 0l 動(dòng)極板 定極板 ll lCC 極距變化型電容式傳感器結(jié)構(gòu)原理 條件：測(cè)量范圍條件：測(cè)量范圍ll0航空檢測(cè)技術(shù)3.4.7 靈敏度與極距靈敏度與極距l(xiāng)成反比，極距越小，靈敏度越高。成反比，極距越小，靈敏度越高。20lAdldCSr 靈敏度靈敏度實(shí)際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大實(shí)際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大線性工作范圍和克服外界條件線性工作范圍和克服外界條件( (如電源電壓、環(huán)如電源電壓、環(huán)境溫度等境溫度等) )的變化對(duì)測(cè)量精度的影響，常常采用的變化對(duì)測(cè)量精度的影響，常常采用差動(dòng)型電容式傳感器差動(dòng)型電容式傳感器。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.8 定極板 定極板 動(dòng)極

4、板 2C 1C 2l 1l 差動(dòng)式電容傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 中間一塊極板為動(dòng)極板，兩邊為定極板。當(dāng)動(dòng)極板移中間一塊極板為動(dòng)極板，兩邊為定極板。當(dāng)動(dòng)極板移動(dòng)動(dòng)l 距離，距離，l1=l0 - l ， l2=l0+ l 。對(duì)應(yīng)的電容量。對(duì)應(yīng)的電容量C1、C2的變化通過(guò)差動(dòng)電橋疊加使輸出和靈敏度均提的變化通過(guò)差動(dòng)電橋疊加使輸出和靈敏度均提高一倍，非線性得到改善，且工作穩(wěn)定性好。高一倍，非線性得到改善，且工作穩(wěn)定性好。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.9002000000021212l/lC)l/l(l/lCllAllACCCrr 差差動(dòng)動(dòng)型型輸輸出出量量條件：測(cè)量范圍條件：測(cè)量范圍ll0（非差動(dòng)型輸出量）0000020

5、000/)/1 (/1/12llCCllCllllCllACrx航空檢測(cè)技術(shù)3.4.1020lAdldCSr lACr 0 變極板間距離電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏變極板間距離電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以進(jìn)行非接觸式測(cè)量，并且對(duì)被測(cè)度高，可以進(jìn)行非接觸式測(cè)量，并且對(duì)被測(cè)量影響較小，所以適宜于對(duì)微位移的測(cè)量。量影響較小，所以適宜于對(duì)微位移的測(cè)量。它的缺點(diǎn)是具有非線性特性，所以測(cè)量范圍它的缺點(diǎn)是具有非線性特性，所以測(cè)量范圍受到一定限制，另外傳感器的寄生電容效應(yīng)受到一定限制，另外傳感器的寄生電容效應(yīng)對(duì)測(cè)量精度也有一定的影響。對(duì)測(cè)量精度也有一定的影響。結(jié)論：結(jié)論：航空檢測(cè)技術(shù)3.4.11線位移型電容

6、式傳感器線位移型電容式傳感器平面線位移平面線位移圓柱線位移圓柱線位移平面線位移型傳感器如平面線位移型傳感器如圖，電容量為：圖，電容量為：（2）面積變化型電容傳感器）面積變化型電容傳感器l)xa(bCrx 0 b x a l x A 航空檢測(cè)技術(shù)3.4.12由由結(jié)論結(jié)論:面積變化型電容面積變化型電容傳感器電容量傳感器電容量C與水平位移呈與水平位移呈線性關(guān)系。線性關(guān)系。靈敏度靈敏度:lbdxdCSrx 0l)xa(bCrx 0航空檢測(cè)技術(shù)3.4.132)電容式圓柱形傳感器電容式圓柱形傳感器(面積變化型面積變化型) D d l x 圖 3.7(b) 位移圓柱型電容傳感器 )/ln()(20dDxlC

7、r)d/Dln(dxdCSr 02 靈靈敏敏度度電容量電容量C與軸向位移呈線性關(guān)系與軸向位移呈線性關(guān)系航空檢測(cè)技術(shù)3.4.14)22(rA2r2AC00常數(shù)2r2ddCS0)(bxA bxAC00常數(shù)bdxdCS0)d/Dln(x2C0常數(shù))d/Dln(2dxdCS0航空檢測(cè)技術(shù)3.4.15（3）變介質(zhì)型電容傳感器）變介質(zhì)型電容傳感器 2l 1l 固體介質(zhì) 極板 極板 空氣介質(zhì) 變介質(zhì)電容傳感器 rrrrllAAlAlC21002011 在固定兩極板之間加入空氣以外的其他被測(cè)固在固定兩極板之間加入空氣以外的其他被測(cè)固體介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)變化時(shí)，電容量也隨之變化。忽體介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)變化時(shí)，電容量也隨之變

8、化。忽略邊界效應(yīng)，假設(shè)空氣相對(duì)介電常數(shù)為略邊界效應(yīng)，假設(shè)空氣相對(duì)介電常數(shù)為 ，固體，固體介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)為介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)為 ，電容量為，電容量為r r 航空檢測(cè)技術(shù)3.4.16)(llAl)ll (ACrrrrr 1120220假設(shè)兩極板間距離為l ，則 l1=ll2 ，電容量為： 當(dāng)極板面積和極板間距一定時(shí)，電容量大當(dāng)極板面積和極板間距一定時(shí)，電容量大小和被測(cè)固體材料的厚度和被測(cè)固體材料的介小和被測(cè)固體材料的厚度和被測(cè)固體材料的介電常數(shù)有關(guān)。如果已知材料的介電常數(shù)，可以電常數(shù)有關(guān)。如果已知材料的介電常數(shù)，可以制成測(cè)厚儀，而已知材料的厚度，可制成介電制成測(cè)厚儀，而已知材料的厚度，可制成介電常

9、數(shù)的測(cè)量?jī)x。常數(shù)的測(cè)量?jī)x。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.173.4.2 電容式傳感器測(cè)量電路電容式傳感器測(cè)量電路 1. 電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路航空檢測(cè)技術(shù)3.4.18 由等效電路可知，它有一個(gè)諧振頻率，通常由等效電路可知，它有一個(gè)諧振頻率，通常為幾十兆赫。當(dāng)工作頻率等于或接近諧振頻率為幾十兆赫。當(dāng)工作頻率等于或接近諧振頻率時(shí)，諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此，時(shí)，諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此，工作頻率應(yīng)該選擇低于諧振頻率，否則電容傳工作頻率應(yīng)該選擇低于諧振頻率，否則電容傳感器不能正常工作。傳感元件的有效電容感器不能正常工作。傳感元

10、件的有效電容Ce可可由下式求得由下式求得(為了計(jì)算方便，略去為了計(jì)算方便，略去Rs和和Rp)：LCCCe21 航空檢測(cè)技術(shù)3.4.19ee22e2222211jjj11(1)(1)LCCCCLCCLC CCCLCLCLC表明電容式傳感器的實(shí)際相對(duì)變化量與傳感器的固有電感表明電容式傳感器的實(shí)際相對(duì)變化量與傳感器的固有電感L和角和角頻率頻率有關(guān)。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須與標(biāo)定的條件相同。有關(guān)。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須與標(biāo)定的條件相同。e2e/1CCCCLC航空檢測(cè)技術(shù)3.4.201）調(diào)頻測(cè)量電路）調(diào)頻測(cè)量電路圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為圖中調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率為調(diào)頻式測(cè)量電路原理框圖調(diào)頻式測(cè)量電路原理框

11、圖 2. 電容式傳感器的測(cè)量電路電容式傳感器的測(cè)量電路12fLC式中式中 L振蕩回路的電感；振蕩回路的電感； C振蕩回路的總電容，振蕩回路的總電容，C=C1+C2+Cx，其中，其中C1為振蕩回路固有電容，為振蕩回路固有電容，C2為傳感器引線分布電容，為傳感器引線分布電容， Cx=C0C為傳感器的電容。為傳感器的電容。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.21當(dāng)被測(cè)信號(hào)為當(dāng)被測(cè)信號(hào)為0時(shí)，時(shí)，C=0，則，則C=C1+C2+C0，所以振蕩器有一個(gè)固有頻率，所以振蕩器有一個(gè)固有頻率f0，其表示式為，其表示式為12fLC012012()fCCC L航空檢測(cè)技術(shù)3.4.2212fLC當(dāng)被測(cè)信號(hào)不為當(dāng)被測(cè)信號(hào)不為0時(shí)，時(shí)，

12、C0，振蕩器頻率有相，振蕩器頻率有相應(yīng)變化，此時(shí)頻率為應(yīng)變化，此時(shí)頻率為優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有抗干擾能調(diào)頻電容傳感器測(cè)量電路具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等，可以測(cè)量高至力強(qiáng)、靈敏度高等，可以測(cè)量高至0.01 m級(jí)位移級(jí)位移變化量。信號(hào)的輸出頻率易于用數(shù)字儀器測(cè)量，變化量。信號(hào)的輸出頻率易于用數(shù)字儀器測(cè)量，并與計(jì)算機(jī)通信，可以發(fā)送、接收，以達(dá)到遙測(cè)并與計(jì)算機(jī)通信，可以發(fā)送、接收，以達(dá)到遙測(cè)遙控的目的。遙控的目的。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：寄生電容對(duì)測(cè)量精度的影響較大。：寄生電容對(duì)測(cè)量精度的影響較大。ffLCCCCf002121航空檢測(cè)技術(shù)3.4.232) 運(yùn)算放大器式測(cè)量電路運(yùn)算放大器式測(cè)量電路

13、運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)很大，輸入阻抗運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)很大，輸入阻抗Zi很高，很高，輸出電阻小，所以運(yùn)算放大器作為電容式傳感器的輸出電阻小，所以運(yùn)算放大器作為電容式傳感器的測(cè)量電路是比較理想的。測(cè)量電路是比較理想的。i.UCxCU 0由運(yùn)算放大器工作原理可得由運(yùn)算放大器工作原理可得運(yùn)算放大器式電路原理圖運(yùn)算放大器式電路原理圖航空檢測(cè)技術(shù)3.4.24如果傳感器采用平板電容，則如果傳感器采用平板電容，則Cx= A /l，代入上式，則，代入上式，則運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離運(yùn)算放大器的輸出電壓與極板間距離l成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。式中，式中，“”號(hào)表示輸出電壓的相位與電源電壓反號(hào)表示輸出電壓的

14、相位與電源電壓反相。相。 運(yùn)算放大器式電路解決了單個(gè)變極板間距離式電運(yùn)算放大器式電路解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問(wèn)題，但要求容傳感器的非線性問(wèn)題，但要求Zi及放大倍數(shù)足夠及放大倍數(shù)足夠大。為保證儀器精度，還要求電源電壓的幅值和固大。為保證儀器精度，還要求電源電壓的幅值和固定電容定電容C值穩(wěn)定。值穩(wěn)定。lACUUi. 0航空檢測(cè)技術(shù)3.4.253) 二極管雙二極管雙T形交流電橋測(cè)量電路形交流電橋測(cè)量電路e是幅值為是幅值為U的對(duì)稱方波高頻電源，的對(duì)稱方波高頻電源，VD1、VD2為參為參數(shù)和特性完全相同的兩只二極管，數(shù)和特性完全相同的兩只二極管，R1=R2=R為參數(shù)和為參數(shù)和特性完全相

15、同的固定電阻，特性完全相同的固定電阻，C1、C2為傳感器的兩個(gè)為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。差動(dòng)電容。e航空檢測(cè)技術(shù)3.4.26 二極管雙二極管雙T形交流電橋形交流電橋工作原理：工作原理：e航空檢測(cè)技術(shù)3.4.27若傳感器輸入信號(hào)不為若傳感器輸入信號(hào)不為0，則，則C1C2，I1I2，此時(shí)在一，此時(shí)在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)個(gè)周期內(nèi)通過(guò)RL上的平均電流不為零，因此產(chǎn)生輸出上的平均電流不為零，因此產(chǎn)生輸出電壓，輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為電壓，輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為oLL12L0LL122L1( )( )dT(2)()()TUI RItIttRR RRR Uf CCRR f電源頻率，電源頻率，U為電源電

16、壓。為電源電壓。當(dāng)當(dāng)RL已知，式中已知，式中 （常數(shù)），則上式可（常數(shù)），則上式可改寫(xiě)為改寫(xiě)為L(zhǎng)L2L(2)()R RRRMRRo12()UUfM CC航空檢測(cè)技術(shù)3.4.28輸出輸出Uo不僅與電源電壓幅值不僅與電源電壓幅值U和頻率和頻率f有關(guān)，有關(guān)，而且與而且與T形網(wǎng)絡(luò)中的形網(wǎng)絡(luò)中的C1和和C2的差值有關(guān)。當(dāng)電的差值有關(guān)。當(dāng)電源電壓確定后，輸出電壓源電壓確定后，輸出電壓Uo是電容是電容C1和和C2的函的函數(shù)。數(shù)。o12()UUfM CC電路靈敏度與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，電路靈敏度與電源電壓幅值和頻率有關(guān)，故輸入電源要求穩(wěn)定。故輸入電源要求穩(wěn)定。U幅值較高，二極幅值較高，二極管管VD1、VD

17、2工作在線性區(qū)域時(shí)，測(cè)量的工作在線性區(qū)域時(shí)，測(cè)量的非線性誤差很小。非線性誤差很小。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.29電路的輸出阻抗與電容電路的輸出阻抗與電容C1、C2無(wú)關(guān)，無(wú)關(guān)，而僅與而僅與R1、R2及及RL有關(guān)，約為有關(guān)，約為1k 100k 。輸出信號(hào)的上升沿時(shí)。輸出信號(hào)的上升沿時(shí)間取決于負(fù)載電阻。對(duì)于間取決于負(fù)載電阻。對(duì)于1k 的負(fù)載的負(fù)載電阻上升時(shí)間為電阻上升時(shí)間為20 s左右，故可用左右，故可用來(lái)來(lái)測(cè)量高速的機(jī)械運(yùn)動(dòng)測(cè)量高速的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.30 隨著電容式傳感器應(yīng)用問(wèn)題的完善解決，它隨著電容式傳感器應(yīng)用問(wèn)題的完善解決，它的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)十分明顯：的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)十分明顯：(1)(1)分辨力極

18、高分辨力極高, ,能測(cè)量能測(cè)量0.010.01微米的絕對(duì)變化量和微米的絕對(duì)變化量和高達(dá)高達(dá)(C/C)=100%-200%(C/C)=100%-200%的相對(duì)變化量，因此的相對(duì)變化量，因此尤其適合微信息檢測(cè)；尤其適合微信息檢測(cè)；(2)(2)動(dòng)極質(zhì)量小，可無(wú)接觸測(cè)量；自身的功耗、動(dòng)極質(zhì)量小，可無(wú)接觸測(cè)量；自身的功耗、發(fā)熱和遲滯極小，可獲得高的靜態(tài)精度和好的動(dòng)發(fā)熱和遲滯極小，可獲得高的靜態(tài)精度和好的動(dòng)態(tài)特性；態(tài)特性；（3 3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, ,不含有機(jī)材料或磁性材料，對(duì)環(huán)不含有機(jī)材料或磁性材料，對(duì)環(huán)境境( (除高濕外除高濕外) )的適應(yīng)性較強(qiáng)；的適應(yīng)性較強(qiáng)；(4)(4)過(guò)載能力強(qiáng)。過(guò)載能力強(qiáng)。

19、3.4.3 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用航空檢測(cè)技術(shù)3.4.311. 電容式測(cè)厚傳感器原理電容式測(cè)厚傳感器原理 當(dāng)被軋板材的厚度相對(duì)當(dāng)被軋板材的厚度相對(duì)于要求值發(fā)生變化時(shí)，則于要求值發(fā)生變化時(shí)，則 C 發(fā)生變化。發(fā)生變化。 C增大，表示板增大，表示板材厚度材厚度l2變??；變?。籆減小，表示減小，表示板材厚度板材厚度l2變厚。變厚。 2l 1l 固體介質(zhì) 極板 極板 空氣介質(zhì) 電容傳感器測(cè)厚原理 )(llAl)ll (ACrrrrr 1120220航空檢測(cè)技術(shù)3.4.32 電容測(cè)厚傳感器是用來(lái)對(duì)金屬帶材在軋制過(guò)程中電容測(cè)厚傳感器是用來(lái)對(duì)金屬帶材在軋制過(guò)程中厚度的檢測(cè)，其工作原理是在被測(cè)帶

20、材的上下兩側(cè)各厚度的檢測(cè)，其工作原理是在被測(cè)帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極置放一塊面積相等，與帶材距離相等的極板，這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C C1 1、C C2 2。把兩塊極板用。把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極，而帶材就是電容的另一個(gè)導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極，而帶材就是電容的另一個(gè)極，其總電容為極，其總電容為C C1 1 + + C C2 2 ，如果帶材的厚度發(fā)生變化，如果帶材的厚度發(fā)生變化，將引起電容量的變化。將引起電容量的變化。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.33音 頻 信 號(hào) 發(fā) 生 器音 頻 放 大 器全 波 整 流 器差 動(dòng) 放

21、 大 器C0C1C2RRCT 音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號(hào)，接入變壓器音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號(hào)，接入變壓器T的的原邊線圈，變壓器副邊的兩個(gè)線圈作為測(cè)量電橋的兩臂，原邊線圈，變壓器副邊的兩個(gè)線圈作為測(cè)量電橋的兩臂，電橋的另外兩橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電容電橋的另外兩橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電容C0和帶材與極板形成的被和帶材與極板形成的被測(cè)電容測(cè)電容Cx(Cx=C1+C2)組成。電橋的輸出電壓經(jīng)放大器組成。電橋的輸出電壓經(jīng)放大器放大后整流為直流，再經(jīng)差動(dòng)放大，即可用指示電表指放大后整流為直流，再經(jīng)差動(dòng)放大，即可用指示電表指示出帶材厚度的變化。示出帶材厚度的變化。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.34 C的變化經(jīng)過(guò)電橋調(diào)節(jié)后，由耦合電容

22、輸出的變化經(jīng)過(guò)電橋調(diào)節(jié)后，由耦合電容輸出給運(yùn)放進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)整流濾波和差動(dòng)放大后，給運(yùn)放進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)整流濾波和差動(dòng)放大后，一一 方面由顯示儀表讀出板材厚度，一方面通過(guò)反方面由顯示儀表讀出板材厚度，一方面通過(guò)反饋回路將偏差信號(hào)送給壓力調(diào)節(jié)器，使板材厚度饋回路將偏差信號(hào)送給壓力調(diào)節(jié)器，使板材厚度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。控制在規(guī)定范圍內(nèi)。 壓 力 調(diào) 節(jié) 器 反 饋 回 路 交 流 激 勵(lì) 電 橋 運(yùn) 放 顯 示 差 放 整 流 濾 波 xC 耦 合 電 容 電 容 測(cè) 厚 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 航空檢測(cè)技術(shù)3.4.352. 數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)壓力傳感器數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)壓力傳感器靜壓靜壓 P

23、Si、動(dòng)壓、動(dòng)壓 Pd(Pt)、總溫、總溫 Tt和攻角和攻角 L電容式壓力傳感器：差動(dòng)電容式和電容量式電容式壓力傳感器：差動(dòng)電容式和電容量式（測(cè)量靜壓）（測(cè)量靜壓）1）差動(dòng)電容式）差動(dòng)電容式 圖中所示膜片為圖中所示膜片為動(dòng)電極，兩個(gè)在凹形動(dòng)電極，兩個(gè)在凹形玻璃上的金屬鍍層為玻璃上的金屬鍍層為固定電極，構(gòu)成差動(dòng)固定電極，構(gòu)成差動(dòng)電容器。電容器。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.36 在兩隔離膜外的壓力在兩隔離膜外的壓力 P1=P2 時(shí)，彈性膜片與左時(shí)，彈性膜片與左右固定極板間距相同，初始間距相同，初始最大間右固定極板間距相同，初始間距相同，初始最大間距為距為 l0 ,電容電容 C1=C2=C0。 當(dāng)當(dāng) ，即有

24、壓差作用，即有壓差作用，其作用通過(guò)隔離膜與硅油將壓差傳遞給彈性膜片，其作用通過(guò)隔離膜與硅油將壓差傳遞給彈性膜片，在壓差的作用下彈性膜片產(chǎn)生形變，相當(dāng)于動(dòng)電極在壓差的作用下彈性膜片產(chǎn)生形變，相當(dāng)于動(dòng)電極與固定電極間隙改變（與固定電極間隙改變（ ），由于），由于 很小，可以很小，可以認(rèn)為認(rèn)為 （式中（式中 k 為比例常數(shù)為比例常數(shù), 壓壓差差)21PP l l Pkl 21PPP CCllKC 001CCllKC 002航空檢測(cè)技術(shù)3.4.37PklPkllCCCC 001212CCllKC 001CCllKC 002k由電容器極板的面積和介電常數(shù)決定的常數(shù)由電容器極板的面積和介電常數(shù)決定的常數(shù)航

25、空檢測(cè)技術(shù)3.4.38壓力變送器壓力變送器1151系列系列電容式變送器電容式變送器外形圖外形圖航空檢測(cè)技術(shù)3.4.39各種電容式差壓各種電容式差壓變送器外形變送器外形 航空檢測(cè)技術(shù)3.4.402）電容量式壓力傳感器（）電容量式壓力傳感器（ 運(yùn)算放大器式測(cè)量運(yùn)算放大器式測(cè)量電路）電路）優(yōu)點(diǎn)：由于采用了閉環(huán)測(cè)量技術(shù)，遲滯性低、重復(fù)性高、穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)：由于采用了閉環(huán)測(cè)量技術(shù)，遲滯性低、重復(fù)性高、穩(wěn)定性高。性高。RRPoutUZZUZP，ZR被測(cè)可變電容被測(cè)可變電容CP和標(biāo)準(zhǔn)參考電容和標(biāo)準(zhǔn)參考電容CR阻抗阻抗UR參考電壓（激勵(lì)）參考電壓（激勵(lì)）航空檢測(cè)技術(shù)3.4.41大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換

26、電路圖轉(zhuǎn)換電路圖 靜壓測(cè)量值靜壓測(cè)量值PS經(jīng)過(guò)差動(dòng)電容式和電容量式變換成電經(jīng)過(guò)差動(dòng)電容式和電容量式變換成電壓輸出經(jīng)壓輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路送至大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)綜轉(zhuǎn)換電路送至大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合處理。合處理。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.423. 電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器 當(dāng)傳感器殼體隨被測(cè)對(duì)象沿垂直方向作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)傳感器殼體隨被測(cè)對(duì)象沿垂直方向作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊在慣性空間中相對(duì)靜止，兩個(gè)固定電極將相對(duì)于質(zhì)量質(zhì)量塊在慣性空間中相對(duì)靜止，兩個(gè)固定電極將相對(duì)于質(zhì)量塊在垂直方向產(chǎn)生大小正比于被測(cè)加速度的位移。此位移使塊在垂直方向產(chǎn)生大小正比于被測(cè)加速度的位移。此位移使兩電容的

27、間隙一個(gè)增加，一個(gè)減小，從而使兩電容的間隙一個(gè)增加，一個(gè)減小，從而使C1、C2產(chǎn)生大小產(chǎn)生大小相等、符號(hào)相反的增量，此增量正比于被測(cè)加速度。相等、符號(hào)相反的增量，此增量正比于被測(cè)加速度。 電容式加速度傳感器的電容式加速度傳感器的主要特點(diǎn)是頻率響應(yīng)快和主要特點(diǎn)是頻率響應(yīng)快和量程范圍大，大多采用空量程范圍大，大多采用空氣或其他氣體作阻尼物質(zhì)。氣或其他氣體作阻尼物質(zhì)。航空檢測(cè)技術(shù)3.4.434.電容式物位傳感器電容式物位傳感器 電容式物位傳感器是利用被測(cè)介質(zhì)面的變化引起電電容式物位傳感器是利用被測(cè)介質(zhì)面的變化引起電容變化的一種變介質(zhì)型電容傳感器。當(dāng)被測(cè)液面高度發(fā)容變化的一種變介質(zhì)型電容傳感器。當(dāng)被測(cè)

28、液面高度發(fā)生變化時(shí)，兩同軸電極間的介電常數(shù)將隨之發(fā)生變化從生變化時(shí)，兩同軸電極間的介電常數(shù)將隨之發(fā)生變化從而引起電容量的變化。假設(shè)被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)為而引起電容量的變化。假設(shè)被測(cè)介質(zhì)的介電常數(shù)為1 1，而液面以上部分介質(zhì)的介電常數(shù)為而液面以上部分介質(zhì)的介電常數(shù)為2 2，則其電容量為，則其電容量為H-H-傳感器插入液面的深度；傳感器插入液面的深度；L-L-兩電極板相互覆蓋部分的長(zhǎng)度；兩電極板相互覆蓋部分的長(zhǎng)度；D D，d-d-分別為外電極的內(nèi)徑和內(nèi)電極的外徑分別為外電極的內(nèi)徑和內(nèi)電極的外徑航空檢測(cè)技術(shù)3.4.44 兩種介質(zhì)介電常數(shù)差別兩種介質(zhì)介電常數(shù)差別(1 1-2 2) )越大、極徑越大、極徑D D與與d d相差相差( (即即極距極距) )愈小，傳感器靈敏度就愈高愈小，傳感器靈敏度就愈高. . 上述原理也可用于導(dǎo)電介質(zhì)液位的測(cè)量。這時(shí)，傳感器極上述原理也可用于導(dǎo)電介質(zhì)液位的測(cè)量。這時(shí)，傳感器極板必須與被測(cè)介質(zhì)絕緣。板必須與被測(cè)介質(zhì)絕緣。電容