第四章电容式传感器

第四章电容式传感器内容摘要：

而导致电容极板间隙或面积发生改变， 产生附加电容变化。 这一点对于空间隙电容式传感器来说更显重要，因为初始间隙都很小，约几十微米至几百微米之间。 温度变化使各零件尺寸变化，可能导致对本来就很小的间隙产生很大的相对变化，从而 引起很大的特性温度误差。 哈尔滨工业大学 第四章 电容式传感器 为减小这种误差 ① 一般尽量选取温度系数小和温度系数稳定的材料。 如绝缘材料采用石英、陶瓷等，金属材料选用低膨胀系数的镍铁合金。 或极板直接在陶瓷、石英等绝缘材料上蒸镀一层金属膜来代替。 ② 采用差动对称结构，并在测量线路中对温度误差加以补偿。 哈尔滨工业大学 第四章 电容式传感器  温度变化对介质介电常数的影响 使传感器电容改变，带来温度误差。 温度对介电常数的影响随介质不同而异。 这种温度误差可用后接的测量线路进行一定的补偿，而完全消除是困难的。 哈尔滨工业大学 第四章 电容式传感器 二、漏电阻的影响（绝缘性能） 电容变换器的容抗都很高，特别是在激励电压频率较低时，在与测量线路配接时，当两极板间总的漏电阻若与容抗相近，就必须考虑分路作用对系统总灵敏度的影响。 这主要是 采用高质量的绝缘材料及采用合理的结构加以解决。 哈尔滨工业大学 第四章 电容式传感器 三、边缘效应与寄生参量的影响 边缘效应 理想条件下，平行板电容器的电场均匀分布于两极板所围成的空间，这仅是简化电容量计算的一种假定。 当考虑电场的边缘效应时，情况要复杂的多，边缘效应的影响 相当于传感器并联一个附加电容 ， 引起了传感器灵敏度下降和非线性增加。 ① 为克服边缘效应，首先应增大初始电容量 C0，即增大极板面积，减小极板间隙。 ② 在结构上增设等位环来消除边缘效应。 哈尔滨工业大学 第四章 电容式传感器 均匀电场 等位环 电极 电极 边缘电场 边缘电场 原理： 等位环安放在上面电极外，且与上电极绝缘组等电位，这样就能使上电极的边缘电力线平直，两极间电场基本均匀。 而发散的边缘电场发生在等位环的外周不影响工作。 哈尔滨工业大学 寄生参量 第四章 电容式传感器 一般电容传感器电容值很小，如果激励频率较低，则电容传感器的容抗很大，因此对传感器绝缘电阻要求很高；另一方面，变换器电容极板并联的寄生电容也会带来很大的影响。 ① .增加原始电容值 ② .注意传感器的接地和屏蔽（右图） ③ .将传感器与电子线路的前置 级装在一个壳体内（集成化） 减小寄生电容的方法 哈尔滨工业大学 第四章 电容式传感器 测量电路 前置级 + − 1:1 内层屏蔽 外层屏蔽 Cx 在电容传感器与测量线路前置极间 采用双层屏蔽电缆。 这种接法使 传输电缆的芯线与内层屏蔽等电位 ，消除了芯线对内层屏蔽的容性漏电，从而消除了寄生电容的影响。 同时放大器的高输入阻抗又起到阻抗匹配的作用。 ④ .采用“驱动电缆”技术 等电位屏蔽法 哈尔滨工业大学 第四章 电容式传感器 ⑤ .采用运算放大器法 所谓整体屏蔽是将整个电桥 (包括电源、电缆等）统一屏蔽起来，其关键在于正确选取接地点。 u0 与传感器电容相并联的为等效电容 CP /（ 1+A） ⑥ .整体屏蔽 哈尔滨工业大学 四、 防止和减小外界干扰 第四章 电容式传感器  注意传感器的接地和屏蔽  增加原始电容值，降低容抗  导线分布合理  尽可能一点接地  尽量采用差动式电容传感器 哈尔滨工业大学 167。 44 电容式传感器的应用 第四章 电容式传感器 量程 精度 分辨力 变极距型 ~几百微米 m m 变面积型 零点几 ~几百毫米 优于 % ~m 哈尔滨工业大学 一、电容式位移传感器 第四章 电容式传感器 哈尔滨工业大学 二、电容式加速度传感器 第四章 电容式传感器 这里有两个固定极板，极板中间有一用弹簧支撑的质量块，此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板。 当传感器测量垂直方向上的直线加速度时，质量块在绝对空间中相对静止，而两个固定电极将相对质量块产生位移，此位移大小正比于被测加速度，使 c1， c2中一个增大，一个减小。 哈尔滨工业大学 三、电容式压力传感器 第四章 电容式传感器 工作原理。