第4部分傳感器基本原理2-電容式由此可得到傳感器的靈敏度(1)極距變化型dd+dd與極距平方成反比，d↓，S↑

。電容式傳感器如果電容器的面積和極間介質(zhì)不變，極距有一個微小變化量dd時，引起電容的變化量dC為由于靈敏度隨極距平方而反比變化，會引起非線性誤差。為了減少此誤差，通常規(guī)定在較小的間隙變化范圍內(nèi)工作，以便獲得近似的線性關(guān)系。一般取極距變化范圍約為Dd/d0≈0.1。在實際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度、線性度以及克服某些外界條件(如電源電壓、環(huán)境溫度等)的變化對測量精確度的影響，常常采用差動式。優(yōu)點:是可進行動態(tài)非接觸式測量，對被測系統(tǒng)的影響小;靈敏度高，適用于較小位移(0.01mm-數(shù)百微米)的測量。缺點:有非線性特性、傳感器的雜散電容也對靈敏度和測量精確度有影響，與傳感器配合使用的電子線路也比較復(fù)雜，由于這些，其使用范圍受到一定限制。電容式傳感器應(yīng)用實例電容式傳感器駐極體電容傳聲器它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。電容式傳感器(2)面積變化型①角位移型電容式傳感器當動極板有一轉(zhuǎn)角時，與定極板之間相互覆蓋面積發(fā)生變化，導(dǎo)致電容量變化。覆蓋面積覆蓋面積對應(yīng)的中心角常數(shù)輸出與輸入成線性關(guān)系靈敏度②平面線位移型電容式傳感器Dxxb當動極板沿水平方向移動時，與定極板之間相互覆蓋面積發(fā)生變化，導(dǎo)致電容量變化。電容量靈敏度常數(shù)輸出與輸入成線性關(guān)系③柱面線位移型電容式傳感器當動極板(圓筒)沿垂直方向移動時，與定極板(圓筒)之間相互覆蓋面積發(fā)生變化，導(dǎo)致電容量變化。電容量常數(shù)輸出與輸入成線性關(guān)系dD靈敏度面積變化型的優(yōu)點是輸出與輸入成線性關(guān)系，但與極距變化型相比，靈敏度較低，適合于較大位移測量。產(chǎn)品陶瓷電容壓力傳感器液體壓力作用在陶瓷膜片的表面，使膜片產(chǎn)生位移。

壓力變送器電容式傳感器(3)介質(zhì)變化型電容式傳感器利用介質(zhì)介電常數(shù)變化，將被測量轉(zhuǎn)化為電容量變化。電容量以插入式為例應(yīng)用：測量厚度、高度等介質(zhì)變化型電容傳感器應(yīng)用例測量原理：當介質(zhì)的厚度、高度、溫度或濕度變化時，其介電常數(shù)發(fā)生變化，引起電容量的變化。介質(zhì)厚度、濕度、溫度計介質(zhì)液位計電容式傳感器歸納：電容傳感器特點及應(yīng)用特點：分辨力極高（電容值10-7，位移0.01μm

，相對值100%~200%）

動極板質(zhì)量小，慣性小，動態(tài)響應(yīng)好；

非接觸，結(jié)構(gòu)簡單，自身發(fā)熱和功耗??；不含有機材料或磁性材料、對環(huán)境適應(yīng)性強。應(yīng)用：微信息檢測——測微儀；靜態(tài)測量——金屬零件計數(shù)高頻信號檢測——振動，轉(zhuǎn)速；電容式傳感器產(chǎn)品電容式液位傳感器（液位計/料位計）電容式傳感器產(chǎn)品：電容式接近開關(guān)振蕩電路被測物體感應(yīng)電極被測電容電容式傳感器測量頭構(gòu)成電容器的一個極板，另一個極板是物體本身，當物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。2.測量電路(1)電橋電路電容式傳感器測量電路如右圖所示電容傳感器作為橋路的一部分,由電容變化轉(zhuǎn)換為電橋的電壓輸出,通常采用電阻、電容或電感、電容組成交流電橋。差動式交流電橋Dd電容極距變化

→電容變化

→電橋輸出電壓變化工作原理電橋輸出為調(diào)幅波，經(jīng)放大、相敏檢波、濾波后獲得輸出…●平衡條件（U0=0）對于一般的交流電橋：如下圖所示，Z表示阻感，輸出電壓為阻抗的模阻抗角i=1,2,3,4交流電橋平衡必須同時滿足以上兩個條件電容式傳感器測量電路由平衡條件可得平衡條件電容式傳感器測量電路●平衡條件若?。篖1=L2=L,C1=C2=C

Dd設(shè)：Dd為向上移動，則：C1→C

+DC，C2→C

-DC輸出電壓：電容式傳感器測量電路+++---+-(2)直流極化電路也稱為靜壓電容傳感器電路，多用于電容傳聲器或壓力傳感器。如右圖所示，彈性膜片在外力（氣壓、液壓等）作用下發(fā)生位移，使電容量發(fā)生變化。電容器接于具有直流極化電壓E0的電路，電容的變化由高阻值電阻R轉(zhuǎn)換為電壓輸出。電流：輸出電壓：式（3-14）輸出電壓與膜片速度成正比i式（3-21）→只適用于動態(tài)測量電容式傳感器測量電路(3)諧振電路上圖為諧振電路原理及其工作特性。電容器傳感器的電容Cx作為諧振電路調(diào)諧電容的一部分。諧振電路當Cx電容量發(fā)生變化時，諧振回路的阻抗隨之變化，并被轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出，經(jīng)放大、檢波，即可得到輸出。特點：該電路比較靈敏，但工作點不易選擇，變化范圍小，傳感器連接電纜的雜散電容影響也較大。電容式傳感器測量電路(4)調(diào)頻電路如下圖所示，電容器傳感器的電容Cx為諧振電路的一部分，當輸入量電容Cx使發(fā)生變化時，振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化。優(yōu)點：靈敏高、抗干擾性強等優(yōu)點，可測0.01mm的位移變化量。缺點：電纜電容影響較大，使用中有些不便。電容式傳感器測量電路(5)運算放大器電路

輸入阻抗采用固定電容

C0，反饋阻抗采用電容器傳感器

Cx，根據(jù)比例器的運算關(guān)系，當激勵電壓為

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