第4章 电容式传感器-2(西理工传感器原理及应用课件).ppt

第三节 主要性能、特点和设计要点,一、主要性能 （一）静态灵敏度 1.变极距型（倒数关系）,当 和 则,即,静态灵敏度,灵敏度：随而变，不是常数， 减小，灵敏度增加但要注意空气的击穿电压为3kV/mm，云母的击穿电压为103kV/mm一般取25m1mm之内， m 零点几mm 2.变面积型（线性关系）,3.变介电常数型（线性关系） 后两种静态灵敏度为常数二）非线性,气隙型的非线性与电感式相同 为减小非线性取<<0为了改善非线性，可采用差动式，灵敏度也提高一倍 如采用容抗XC=1/（C）为输出，则为线性关系，不一定满足<<0的要求 变面积和介电常数型线性较好，因边缘效应，有一定的非线性二、特点（与电阻、电感式相比）,1.温度稳定性好； 2.结构简单，适应性强； 3.动态响应好； 4.可以实现非接触测量，并且具有平均效应； 5.高灵敏度和分辨率优点：,1.输出阻抗高，负载能力差 举一例：圆形平板电容d=40mm，0=0.25mm，U=30V，f=400Hz，起始电容C=44.5pF，容抗Xc=11.1 106 , Pc=U2C=10-4 W，若 = 0.1 0，则 C=4.45pF。

几何尺寸不宜做大，一般为几十到几百皮法，甚至只有几个皮法，因此输出阻抗高，尤其当使用音频电源时，可达106 108 ，因而负载能力差，且易受外界干扰产生不稳定现象、采用高频供电，可降低输出阻抗，但高频放大、传输远比低频复杂缺点：,2.寄生电容影响大 由于自身电容比较小，所以电缆电容（12m导 线可达800pF)、线路的杂散电容以及传感器的内 极板与周围导体构成的电容等影响很大不仅减 低了传感器的灵敏度，而且这些电容（如电缆电 容）常常是随机变化的，将使仪器工作很不稳定， 影响测量精度 3.输出特性非线性 （由于边缘效应和变间隙式自身的非线性）,三、设 计要点,1.减小环境温度、湿度等变化所产生的误差，保证绝缘材料的绝缘性能 2.消除和减小边缘效应 使灵敏度降低，产生非线性 a：适当减小极间距，使极径与间距比很大，但易产生击穿并有可能限制测量范围 b：可采用电极做得极薄，使与极间距相比很小的办法来减小边缘电场的影响3.消除和减小寄生电容的影响 寄生电容与传感器的电容相并联，不仅影响灵敏度，还要影响精度（它的变化为虚假信号）c：在结构上增设等位环来消除边缘效应可采用下列方法： 1）增加原始电容值（又叫寄生电容溺没法）。

减小极板间距或极筒间的间距（平板式0.20.5mm，圆筒式间距0.15mm），增加工作面积或工作长度一般电容值变化在10-3103pF范围内，C/C在10-61范围内 2）注意传感器的接地和屏蔽,3）集成化：将传感器与电子线路的前置级装在一个壳体内，省去传感器至前置级的电缆4）采用“驱动电缆技术”（也叫“双层屏蔽等位传输”技术）,基本思路：连接电缆采用内外双层屏蔽，使引线 与内屏蔽的导线电位相同，这样引线与内屏蔽 之间的电缆电容将不起作用，外屏蔽仍接地而起 屏蔽作用在电容值很小时采用此法 原始电容值较大（几百皮法）采用一般的同轴屏蔽电缆5）采用运算放大器法,利用运算放大器的虚地来减小电缆电容Cc的影响与传感器电容相并联的为等效电缆电容Cc/（1+A）， 实际上这是一种不完善的“驱动电缆”，结构较简单6）整体屏蔽,4.防止和减小外界干扰 1）屏蔽和接地：用良导体做传感器的壳体，将传感元件包围起来，并可靠接地 2）增加原始电容值，降低容抗 3）导体与导线远离，尽量短，最好直角排列，平行时用同轴屏蔽线 4）尽量一点接地，避免多点接地地线要用粗良导体或宽印刷线 5.尽量采用差动式 可减小非线性误差，提高传感器的灵敏度，减小寄生电容的影响和减小干扰。

第四节 电容式传感器的应用一、电容式差压传感器：（差压、压力、流量、液位、传声器、听诊器）,,,,二、电容式加速度传感器三、电容式位移传感器（测力：平行框架结构）,位移1,位移2,四、电容式液位（料位）传感器,非接触检测塑料管道内溶液液位当液位达到设定高度并超出时，溶液进入电容式传感器检测范围，传感器产生输出信号传送给控制机构，控制机构报警或进行其它动作，达到液位控制的目的物位测量,五、电容式湿度（水份）传感器,它是在绝缘衬底上制作一对平板金（Au）电极，然后在上面涂敷一层均匀的高分子感湿膜作电介质，在表层以镀膜的方法制作多孔浮置电极（Au膜电极），形成串联电容六、电容式测厚仪,C1、C2工作极板与带材之间形成两个电容， 其总电容为C= C1+C2 当金属带材在轧制中厚度发生变化时，将引起电容量的变化 通过检测电路可以反映这个变化，并转换和显示出带材的厚度七、电容式转速传感器,当齿轮转动时，电容量发生周期性变化，通过测量电路转换为脉冲信号，则频率计显示的频率代表转速大小 设齿数为z，频率为f，则转速为:,第五节 电容式集成传感器,运用集成电路工艺把电容敏感元件与测量电路制作在一起而构成。

MEMS) 一、基本类型及工作原理,电容式微型真空传感器,将此传感器埋入真空绝热板（内部真空，隔绝热传导，达到保温节能的效果，用于节能建筑与冷藏设备）中，检测真空度,二、转换电路,有开关转换电路和二极管环形检波电路三、特点与应用,第七节 力平衡式电容传感器,一、闭环反馈式传感器的原理与特点,二、力平衡式加速度电容传感器,Thanks！,。