电容传感器原理 电容传感器(传感器工作原理及应用实例)

第六节 电容式传感器 以电容器作为敏感元件， 将被测物理量的变化转换为电容量的变化的传感器称为电容式 传感器。电容式传感器在力学量的测量中占有重要地位， 它可以对荷重、 压力、位移、 振动、 加速度等进行测量。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态特性好等许多优点，因此， 在自动检测技术中得到普遍的应用。 一、电容式情感器的工作原理 现以平板式电容器来说叫电容式传感器的工作原坝。 电容是由两个金属电极， 中间有腰电介 质构成的，如图 4．36 所示。出合构极板 N 加 3： 电压时，电极广就盒贮存有电荷．所以电容器实际 6： 是—个储存电场能的元件。平板式电容器在忽略边缘 6A 质 效应时，其电容虽(：可长尔为 C—：半—l‘d4／J (‘——电容量(F)； e 一两极板间介质的介电常数(F／m)； ‘，一一两极板间介质的相对介电常数； q 一一真空的介电常数，等于 8．85xlo 4——极板的面积(m’)； J——极板间的距离(m)。从上式可知，当其中的允、J、q 中的任一项发生变化时，都会引起电容量 c 的变化。在 实际使用时，常使 4、6f、q 参数中的两项固定，仅改变其中—个参数来使电容量发生变化、 根 据上述工作原理．电容式传感器可分为三种类型，即改变极板面积的变面积式，改变圾板距 离的变间隙式。

改变介电常数的变介电常数式。 在力学传感器中常使用变间隙式电容传感器。 二、电容式传感器的特点 (1)结构简单．性能稳定 (2)阻抗高，功率小； 。 (3)动态响应好，灵敏度高，分辨力强： (4)没有由于振动引起的漂移； (5)闭试导线分布电容对测旦误差影响较大； (6)电容量的变化与极板间距离变化为非线性。 表小 5 列出了电容式与压电式、应变式、压阻式传感器之间的特性对比。从表中可以看出电容式传感器在技术特性上比其它传感器有着一系列的优点。三、电容式荷宣传感器 四 4．37 所示为电容式荷重传感器的结构示意图。 ’映在镍铅钥钠块厂加[出“排尺寸川 间且等距的圆孔，在园孔内樊[：帖接村 带绝缘支架的平板式电容器电容传感器原理，然后将每个 咀孔内的电容器并联。当钢块端酣承受重 量 F 作用时，圆孔将产生变形．从而使每 个电容器的极板间距变小，电容设增大。电 容器容景肋增值正比于被测载荷少。 这种传感器主要的优点是由于受接触 面的影响小、因此测盟精度较南。另外电 容器放于钢块的孔内也提高厂抗干扰能 力。它在地球物理、表面状态检测以及自 动检验和控制系统中得到了应用。四、电容式压力传感器 电容式压力传感器在结构 J：有单端式 相差动式明仲形式 t 因为差动式的灵敏 62 较高，都采用差动形式。

所以电容式压力传感器大 图 4．38 是差动式电容压力传感器的结构图。它主要由一个膜式动电极相两个在 凹形玻璃 卜电镀成朗固定电圾组成差动电容器。当被测压力或压力差作用：3：膜片并产生位移 时，形成的两个电容器的电容量．一个增大， — 个减小。该电容值的变化经测量电路转 换成 4 压力或压力差相对应的电流或电 压的变化。 差动式电容压力传感器的测量电路 常采用双丁型电娇电路。双 T 型电桥电 路见因 4．39 所尔。其中 e 为对称方波的 高频信号源；赊和 c2 为差动式电容传 感器的一对电容；Rl 为测量仪表的内 阻；vl)l 和 VD?为性能相同的两个二极 管；AI＝R2 为固定电阻。 啪 f 为正半用时，vDl 即迥．vI)：救 止，电容(： ，充电孕电压且．电流经 RI 流向 RI。与此同时，(： ：通过 R2 向 Rl 放电* 当 f 为负半周时、vDz 导通、vI)l 截 d： ，电容(：?充 电至电压且．电流经只 z 流向 R电容传感器原理， ‘与此同时，A 通过 R，向 Rl 放电。 当酥＝C，／A；即没有压力输结传感器时，在 f 的一·个周期内流过负载 RI 的平 均值为零， RI[：无情号输出。