第四章 电容传感器 原理：被测量 --- 电容变化，平板电容器的电容量： * 一、电容传感器原理、结构与特性 1、变极距型电容传感器 初始电容量： 极距变化：δ0 --- δ – Δδ    电容增大： 电容相对变化： 非线性-略去所有高次项 : 特点：结构简单，分辨力高，非接触， 应用：可在高温、辐射、振动等条件下工作 近似：略去三次以上项： 非线性误差： 结论: (4)差动结构：灵敏度提高一倍                          非线性误差减小                         补偿温度变化 (1)只有测量范围很小时具有线性（近似）； (2)灵敏度与初始极距平方成反比：减小极距 ---提高灵敏度 ，                   受限: (1)非线性误差增大；(2)极距过小---电容器击穿、短路                   一般：  δ0= 0.1~0.2mm , C0=20~100pF  (3)灵敏度与介电常数成正比：ε=ε0εr           加入固体介质：高介电常数（云母/塑料） 2、变面积型电容传感器 电容： (a)扇形平板结构；               (b)柱面板结构 相对变化： 结论: 灵敏度： (1)传感器输出为线性； (2)灵敏度与初始极距成反比：减小极距 ---提高灵敏度 ，           (3)保持极距不变：中间移动式； (4)差动结构：提高灵敏度  2、变介质型电容传感器 电容： 插入式： 影响：降低灵敏度，产生非线性；            极板厚度h/极距δ之比 越大--严重；            边缘效应因子（表4-1） 应用：测量厚度、湿度 二、电容传感器存在问题及措施 1、边缘效应: 措施：带保护环---增强均匀性；  降低极板厚度---金属薄膜 2、静电引力： 影响：电缆---寄生电容---与传感器电容并联             随机---影响输出特性，             电缆越长-影响越严重             远大于传感器电容(20~100pF)---淹没； 影响：极板之间存在静电场---静电引力/力距---弹性元件---误差； 3、寄生电容： 措施： 措施：理论计算---补偿，表4-2 （1）增大传感器初始电容：减小极距，增大面积，减小寄生电容影响； （2）注意传感器的接地与屏蔽：屏蔽线至传感器壳内， “一点接地” （3）缩短电缆长度，加大线径： （4）小型化：将前置放大器与传感器安装在一个壳体内，固定不变 （5）集成化：将传感器与前置电路集成于同一芯片上，最佳 （6）驱动电缆法： （7）整体屏蔽法： （8）虚地法： 等电位屏蔽法    双层屏蔽等位传输法 双层屏蔽电缆：内屏蔽层，外屏蔽层（接地） 驱动放大器：增益为1，接内屏蔽层，                        信号线与内屏蔽层等电位，                                                   消除信号线与内屏蔽层之间电容 要求：增益=1，准确（1/10000）；恒定不变（宽频带）； 容性负载：内外屏蔽层间电容 特点：精度高，抗干扰性能好，电路复杂， 原理：将传感器、传输电缆和前置电                   路统一屏蔽，  关键：如何接地       特点：效果好，结构复杂， 信号线接放大器虚地(输入端) （1）温度对传感器结构影响： 4、温度影响： 三、电容传感器特点及应用 特点：分辨力极高（电容值10-7，相对值100%~200%，位移0.01μm），             动极板质量小，惯性小，动态响应好；             非接触，自身发热和功耗小；             结构简单，不含有机材料或磁性材料、对环境适应性强 温度变化---尺寸变化---电容变化（极距小时更敏感）---误差   材料不同---热胀系数不等---热变形不均匀---间隙加大---误差 （2）温度对介质的影响： 温度变化---介电常数变化---电容改变 不同介质，影响程度不同---空气、云母等基本不变；液体影响大 应用：微信息检测---测微仪、；        静态测量---金属零件计数             高频信号检测---振动，转速； 1-测杆：                2-片簧： 3-定极板；            4-动极板： 1、电容式位移传感器： 三、电容传感器特点及应用 原理：变介质型 变极距型； 2、电容式厚度传感器： 特点：接触式测量 差动结构： 特点：非接触式测量 应用：纸张、绝缘薄膜等 * 
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