传感器与检测技术3电容式传感器简介.ppt

边缘效应 理想平板电容器的电场线是直线的，但实际情况下，在靠近边缘地方的会变弯，越靠边就越弯得厉害。到边缘时弯的最厉害，这种弯曲的现象叫做边缘效应。 寄生的含义就是本来没有在那个地方设计电容，但由于布线之间总是有互容，互容就好像是寄生在布线之间的一样，所以叫寄生电容，又称杂散电容。 寄生电容一般是指电感，电阻，芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。 1、另一方面传感器除有极板间电容外，极板与周围体（各种元件甚至人体）也产生电容联系，这种电容称为寄生电容。它不但改变了电容传感器的电容量，而且由于传感器本身电容量很小，寄生电容极不稳定，这也导致传感器特性不稳定,对传感器产生严重干扰。 2、分布在导线之间、线圈与机壳之间以及某些元件之间的分布电容等,这些电容称为寄生电容，他们的数值虽小，但是却是引起干扰的重要原因。 3.4 电容式传感器 3.4.1 电容式传感器的工作原理 3.4.2 电容式传感器主要性能 3.4.3 电容式传感器的特点和设计要点 3.4.4 电容式传感器等效电路 3.4.5 电容式传感器测量电路 3.4.6 电容式传感器的应用 3.4.7 容栅式传感器 3.3.1 电容式传感器的工作原理 1. 工作原理及类型 2. 变面积型电容传感器 3. 变介电常数型电容传感器 4. 变极距型电容式传感器 什么是电容器？ 电容器有两个用介质（固体、液体或气体）或真空隔开的电导体构成。 电容 导体上的电荷 导体之间的电压差 1. 工作原理 S ——极板相对覆盖面积； ??? d ——极板间距离； ??? εr——相对介电常数； ??? ε0——真空介电常数（8.85pF/m）； ??? ε ——电容极板间介质的介电常数。 δ S ε 等位环 结构 边 缘 电 场 均 匀 电 场 3 3 2 1 带有等位环的平板电容传感器原理 1、2 － 电极 3－等位环 2. 变面积型电容传感器 当动极板相对于定极板沿着长度 方向平移时，其电容变化量化为 △C与△x间呈线性关系 电容式角位移传感器 当θ=0时 当θ≠0时 传感器电容量C与角位移θ间呈线性关系，但如果输出是 ，则是非线性关系。 3. 变介电常数型电容式传感器 初始电容 电容式液位传感器 电容与液位的关系为： 当L=0时，传感器的初始电容 当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为 电容变化量与电介质移动量L呈线性关系 4. 变极距型电容传感器 非线性关系 若△d/d1时，则式（3.3.3）可简化为 若极距缩小△d 最大位移应小于间距的1/10 差动式改善其非线性 初始电容 变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数(ε )型: （i）～(l) 3.4 电容式传感器 3.4.1 电容式传感器的工作原理 3.4.2 电容式传感器主要性能 3.4.3 电容式传感器的特点和设计要点 3.4.4 电容式传感器等效电路 3.4.5 电容式传感器测量电路 3.4.6 电容式传感器的应用 3.4.7 容栅式传感器 3.4.2 电容式传感器主要性能 1. 静态灵敏度 被测量缓慢变化时传感器电容变化量与引起其变化的被测量变化之比 2. 非线性 平板式变面积型 b △a a b d kg 减小d 、增大b、采用差动结构可提高灵敏度 变极距型，其静态灵敏度为 将上式展开成泰勒级数得 但d过小易导致电容器击穿(空气的击穿电压为3kv/mm) 在极间加一层云母片(击穿电压103kv/mm)或塑料膜来 改善电容器耐压性能 差动结构也可提高灵敏度 2. 非线性 变极距型 将上式展开成泰勒级数得 d 取值不能大，否则将降低灵敏度 采用差动形式，并取两电容之差为输出量 差动式的非线性得到了很大的改善，灵敏度也提高了一倍 如果采用容抗 作为电容式传感器输出量 被测量与d 成线性关系 无需满足 3.4 电容式传感器 3.4.1 电容式传感器的工作原理 3.4.2 电容式传感器主要性能 3.4.3 电容式传感器的特点和设计要点 3.4.4 电容式传感器等效电路 3.4.5 电容式传感器测量电路 3.4.6 电容式传感器的应用 3.4.7 容栅式传感器 1、特点 优点: 1. 温度稳定性好 （电容值与电极材料无关本身发热极小 ） 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、具有平均效应