传感器原理及应用-第5章.ppt

传感器原理及应用PrinciplesandApplicationsofSensors第五章作业第二版教材102页:5-4,5-5,5-7(练****题)第三版教材99-100页:5-4,5-5,5-9(练****题)电容器特性被测非电量电容值测量电路U、I、f第五章电容式传感器电容式传感器的定义以电容器为敏感元件,将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。电容式传感器的感测量位移、振动、压力、加速度、液位、成分含量等。电容式传感器的种类根据结构形式:变极距型、变面积型和变介质型。,ε0为真空介电常数,εr极板间介质的相对介电常数;A两平行板所覆盖的面积;d两平行板之间的距离。两个平行金属板组成的平板电容器,不考虑边缘效应时电容量为一、基本工作原理§、d或ε发生变化时,电容量C也随之变化。仅改变一个参数,该参数的变化可转换为电容量的变化,通过测量电路就可转换为电量输出。电容式传感器的三种类型:变极距型、变面积型和变介电常数型。一、基本工作原理§,电容量增大了ΔC,则有二、变极距型电容传感器§<<1时,1-(Δd/d0)2≈1,则C与Δd近似呈线性关系。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。1、基本输出特性电容的相对变化量为二、变极距型电容传感器§|Δd/d0|<<1时,级数展开有输出电容的相对变化量与输入位移之间成非线性关系。传感器的相对非线性误差:2、非线性特性电容传感器的灵敏度为二、变极距型电容传感器§、灵敏度单位输入位移所引起的输出电容相对变化的大小与d0呈反比关系。当|Δd/d0|<<1时有近似线性关系2、非线性特性要提高灵敏度,应减小起始间隙d0,但非线性误差却随着d0的减小而增大。一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在20~100pF之间,极板间距离在25~200μm的范围内。最大位移应小于间距的1/10。变极距电容式传感器在微位移测量中应用最广。在差动式平板电容器中,当动极板位移Δd时,电容器C1的间隙d1变为d0-Δd,电容器C2的间隙d2变为d0+Δd,则二、变极距型电容传感器§,为了提高灵敏度,减小非线性误差,大都采用差动式结构。4、差动式结构动极板定极板定极板C1d1C2d2