文档介绍：第5章电容式传感器
主要内容
电容式传感器的工作原理和结构
电容式传感器的灵敏度及非线性
电容式传感器的等效电路(自学)
电容式传感器的测量电路
电容式传感器的应用
电容式传感器的工作原理和结构
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
(5-1)
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。
如果保持其中两个参数不变,而仅改变其中一个参数, 就可把该参数的变化转换为电容量的变化,通过测量电路就可转换为电量输出。
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。
图5-1 电容式传感元件的各种结构形式
变极距型电容传感器
图5-2 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,由式(5-1)可知其初始电容量C0为
(5-2)
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
(5-3)
图5-3 电容量与极板间距离的关系
在式(5-3)中,若Δd/d0<<1时,则展成级数:
(5-4)
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。
另外,在d0较小时,对于同样的Δd变化所引起的ΔC可以增大,从而使传感器灵敏度提高。但d0过小,容易引起电容器击穿或短路。为此,极板间可采用高介电常数的材料(云母、塑料膜等)作介质, 如图 5-4 所示,此时电容C变为
(5-5)
式中:εg——云母的相对介电常数,εg=7; 
ε0——空气的介电常数,ε0=1; 
d0——空气隙厚度; 
dg——云母片的厚度。