高等院校公共課系列精品教材工業(yè)機(jī)器人視覺與傳感技術(shù)第三章電容式傳感器內(nèi)容摘要電容式傳感器的工作原理如圖3-1所示，設(shè)兩平行極板的正對面積為A，兩極板的垂直距離為d,六極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε。如果忽略極板的邊緣效應(yīng)，則平行極板電容c的大小如式(3-1)所示。由式（3一1）可知，A、d、ε三個(gè)參數(shù)決定了電容c的大小。將其中兩個(gè)參數(shù)不變，改變一個(gè)參數(shù)，則電容值將發(fā)生變化。這樣被測量就與電容的大小存在著對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)式（3一1），電容式傳感器可分成三種類型：變極距、變面積和變介質(zhì)。電阻應(yīng)變式傳感器變極距型電容式電容的初始值。當(dāng)被測量變化，引起電容的極距d減小△d時(shí)，C的大小如式(3一2）所示。電容式傳感器的類型及特征變面積型電容式傳感器圖3-3變面積型電容式傳感器的示意圖電容的初始值

。當(dāng)動(dòng)極板平移△x后，電容的正對面積減小，則電容值C如式(3一4）所示。電容式傳感器的類型及特征變面積型電容式傳感器如3-4所示為角位移型電容式傳感器的示意圖，當(dāng)動(dòng)極板旋轉(zhuǎn)θ時(shí)，電容的兩極板正對面積發(fā)生了變化，其電容值c如式（3一7）所示。電容式傳感器的類型及特征變面積型電容式傳感器圖3-5所示為變齒型電容式傳感器的示意圖，極板采用齒形，目的是提高靈敏度。當(dāng)極板的齒數(shù)為n，移動(dòng)△x后，其電容值c如式（3-8）所示，△C的大小如式（3-9）所示。電容式傳感器的類型及特征變介質(zhì)型電容式傳感器變介質(zhì)型電容式傳感器的示意圖如圖3-6所示。這種傳感器可以用來測量液位、位移、厚度、糧食量、木材量等。圖3-6中，a為平行極板的長度，b為平行極板的寬度，d為平行極板的垂直距離,L為第二種介質(zhì)的長度，則電容值的初始值為

。當(dāng)?shù)诙N介質(zhì)進(jìn)入電容后，電容c的大小如式（3-11）所示。電容式傳感器的類型及特征變介質(zhì)型電容式傳感器當(dāng)電容式傳感器用于測量液位時(shí)，形成圓筒型電容式傳感器，其結(jié)構(gòu)圖如圖3-7所示。電容式傳感器的測量電路變壓器電路電容式傳感器的測量電路雙T型電路電容式傳感器的測量電路運(yùn)放電路電容式傳感器的測量電路脈寬調(diào)制電路由圖3-11可知，當(dāng)Cx1=Cx2時(shí)，兩電容的充放電時(shí)間常數(shù)相等，兩個(gè)方波寬度相等，輸出電壓平均值為零。當(dāng)差動(dòng)式電容處于工作狀態(tài)時(shí)，Cx1≠Cx2時(shí)，兩電容的充電時(shí)間常數(shù)發(fā)生變化,T1正比于Cx1，T2正比于Cx2，這時(shí)輸出電壓的平均值不等于零。輸出電壓值U0的大小如式（3-17）所示。電容式傳感器的測量電路脈寬調(diào)制電路電容式傳感器的測量電路調(diào)頻電路這種電路是把電容與電感構(gòu)成一個(gè)振蕩諧振電路。當(dāng)電容式傳感器發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致振蕩頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，再經(jīng)過鑒頻器將頻率的變化轉(zhuǎn)變成振幅的變化，經(jīng)放大器后顯示，這種方法稱為調(diào)頻法。電容式傳感器的應(yīng)用13