实验一 电容式传感器的位移实验.ppt

实验一电容式传感器的位移实验实验目的了解电容式传感器结构及其特点。实验原理电容式传感器是利用电容器的原理将被测非电量转换为电容量的变化,实现非电量到电量的转化。应用:不但广泛的应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且可以用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。电容式传感器的工作原理和结构形式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:εr——相对介电常数;ε0——真空中的介电常数,ε0=×10-12[F/m];S——两极板间相互覆盖面积;d——两极板之间的距离。当被测参数变化使得S、d或ε发生变化时,电容量C也随之变化。电容式传感器可分为变间隙(极距)型、变面积型和变介电常数(介质)型三种。变间隙(极距)型、变面积型和变介电常数(介质)型电容式传感元件的各种结构形式变间隙(极距)型电容传感器变极距型电容式传感器当传感器的εr和S为常数,初始极距为d0时,可知其初始电容量C0为若电容器极板间距离由初始值d0缩小了Δd,电容量增大了ΔC,则有电容量与极板间距离的关系若Δd/d0<<1时,则展成级数:此时C与Δd近似呈线性关系,所以变极距型电容式传感器只有在Δd/d0很小时,才有近似的线性关系。灵敏度:可见,要提高灵敏度,应减小d0。但d0过小,容易引起电容器击穿或短路。灵敏度:上述等式成立的条件是:Δd/d0<<1时,高次项省略,若保留二次项,则有:电容式传感器的相对非线性误差δ:可见,要提高灵敏度,须减小起始间隙d0,但此时相对非线性误差δ增大。所以为使二者兼得,常采用差动式结构,即使其中一个电容器的电容C1随位移△d增加,而另一个电容器的电容C2则减小。差动式结构为提高灵敏度和线性度,克服电源电压、环境温度变化等外界条件影响,常采用差动式电容传感器上下两极板是固定极板,中间极板是活动极板未开始测量时将活动极板调整在中间位置,两边电容相等。测量时,中间极板向上或下平移,就会引起电容量的上增下减或反之。