第3章电容式传感器

电容式传感器的工作原理
首先，我们来了解一下电容的基本概念。

电容是指导体之间存储电荷的能力，
通常用C来表示，单位是法拉（F）。

电容的大小与导体间的距离和导体形状有关，可以用以下公式表示：
C = ε0 εr A / d。

其中，C为电容，ε0为真空中的介电常数（8.85×10^-12 F/m），εr为介质
的相对介电常数，A为导体间的有效面积，d为导体间的距离。

由此可见，电容与
导体间的距离和介质的介电常数密切相关。

在电容式传感器中，通常会有两个导体或电极，它们之间会形成一个电容。

当
目标物体靠近或远离电容式传感器时，导体间的距离会发生变化，从而导致电容的大小发生变化。

这种变化可以通过电路进行检测和测量，进而得到目标物体的信息。

电容式传感器可以应用于各种领域，如工业自动化、汽车制造、医疗设备等。

以工业自动化为例，电容式传感器可以用于检测物体的位置和形状，从而实现自动化生产线的控制和监测。

在汽车制造中，电容式传感器可以用于检测车辆的液位、压力等信息，保障车辆的安全和稳定运行。

在医疗设备中，电容式传感器可以用于监测患者的呼吸、心跳等生理参数，为医生提供诊断和治疗的依据。

总之，电容式传感器利用电容的变化来检测目标物体的信息，其工作原理基于
电容与距离、介质的关系。

通过合理设计电路和信号处理方法，可以实现对目标物体的准确检测和测量。

电容式传感器在工业、汽车、医疗等领域有着广泛的应用前景，将为各行业带来更高效、更安全、更便捷的解决方案。

电容式传感器的原理及应用电容式传感器是在工业生产中广泛使用的一种传感器，其原理是利用电容变化来测量被监测物理量的变化。

这种传感器的应用范围非常广泛，从机械振动到压力，从液位到温度，几乎涵盖了所有与工业生产有关的物理量。

1. 传感器的工作原理电容式传感器的工作原理非常简单。

它由两个平行金属板组成，可以是圆形、方形或矩形。

其中一个板作为固定板，另一个则可移动，与被测的对象相接触。

当被测物体发生变化时，移动板与固定板之间的电容量就会发生变化。

电容量的大小与金属板的面积、间距以及介质的介电常数有关。

一般来说，介电常数越大，电容量也越大。

电容的大小可以用下面的公式来计算：C = εA/d其中，C是电容量，A是金属板的面积，d是金属板之间的距离，ε是介电常数。

2. 传感器的应用电容式传感器的应用非常广泛。

以下是几个常见的应用：（1）机械振动机械振动是许多设备故障的根源。

电容式传感器可以用来检测机械振动的幅度和频率，从而帮助工程师预测设备运行状态。

（2）压力电容式传感器可以用来测量压力的大小。

例如，在液压系统中，传感器可以用来监测液体压力，从而帮助确保系统正常工作。

（3）液位电容式传感器可以用来测量液体的液位。

例如，在油罐中，传感器可以用来监测油位，从而确保油罐中的油量不会过低或过高。

（4）温度电容式传感器可以用来测量物体的温度。

例如，在发动机中，传感器可以用来监测发动机的温度，从而确保发动机不会过热。

3. 传感器的局限性电容式传感器有一些局限性。

首先，它们只适用于测量固体或液体的物理量，而不能用来测量气体的物理量。

其次，它们只能测量电容量的变化，而无法直接测量物理量的大小。

最后，它们需要校准，以确保精度。

4. 结论电容式传感器是一种简单而有效的传感器，适用于测量许多与工业生产有关的物理量。

它的工作原理非常简单，非常适合用来监测机器和设备的状态。

虽然它们有一些局限性，但将它们与其他传感器结合使用可以极大地提高监测系统的准确性和效率。

第三章 电容式传感器电容测量技术近几年来有了很大进展，它不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且，还逐步扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。

由于电容式传感器具有一系列突出的优点：如结构简单，体积小，分辨率高，可非接触测量等。

这些优点，随着电子技术的迅速发展，特别是集成电路的出现，将得到进一步的体现。

而它存在的分布电容、非线性等缺点又将不断地得到克服，因此电容式传感器在非电测量和自动检测中得到了广泛的应用。

第一节 电容式传感器的工作原理和结构 一、基本工作原理电容式传感器是一种具有可变参数的电容器。

多数场合下，电容是由两个金属平行板组成并且以空气为介质，如图3—1所示。

由两个平行板组成的电容器的电容量为dAC ε=（3—1）式中ε——电容极板介质的介电常数。

A ——两平行板所覆盖面积； d ——两平行板之间的距离； C ——电容量当被测参数使得式(3—1)中的d 、A 和r 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另一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化。

因此。

电容量变化的大小与被测参数的大小成比例。

在实际使用中，电容式传感器常以改变平行板间距d 来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。

改变平行板间距d 的传感器可以测量微米数量级的位移，而改变面积A 的传感器只适用于测量厘米数量级的位移。

二、变极距型电容式传感器由式(3—1)可知，电容量c 与极板距离d 不是线性关系,而是如图3—2所示的双曲线关系。

若电容器极板距离由初始值do 缩小d ∆，极板距离分别为do 和do-d ∆，其电容量分别为C0和C1，即0d AC ε=(3—2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=∆-=2020********d d d d d A d d d Add AC εεε(3—3)当Ad 《Ju 时，1…菩*1，则式(3—3)可以简化为 一W一一这时c1与AJ 近似呈线性关系，所以改变极板距离的电容式传感器注注是设计成Ad 在极小的范围内变化。

2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载2023传感器原理及应用（王化祥著）课后答案下载前言绪论第一章传感器及其基本特性第一节传感器的定义、组成及分类第二节传感器的基本特性__小结习题与思考题第二章电阻应变式传感器第一节应变式传感器第二节应变式传感器的测量电路第三节压阻式传感器第四节应变式传感器的应用__小结习题与思考题第三章电容式传感器第一节电容式传感器的'工作原理与类型第二节电容式传感器的测量电路第三节电容式传感器的误差分析及补偿第四节电容式传感器的应用__小结习题与思考题第四章电感式传感器第一节自感式传感器第二节差动变压器式传感器第三节电涡流式传感器__小结习题与思考题第五章压电式传感器第一节压电效应与压电材料第二节压电传感器的等效电路和测量电路第三节引起/玉,E9式传感器测量误差的因素第四节压电传感器的应用__小结习题与思考题第一节磁电感应式传感器第二节霍尔传感器第三节磁敏电阻器第四节磁敏二极管和磁敏三极管第五节磁电传感器的应用__小结习题与思考题第七章热电式传感器第一节热电偶传感器第二节热电阻式传感器第三节半导体式热敏电阻第四节热电式传感器的应用__小结习题与思考题第八章光电传感器第一节光电效应第二节光电器件及其特性第三节红外传感器__小结习题与思考题第九章常用其他新型传感器第一节气体传感器第二节湿敏传感器第三节超声传感器第四节超导传感器第五节仿生传感器__小结习题与思考题第十章智能传感器第一节智能传感器概述第二节智能传感器的实现方式第三节智能传感器的应用第四节智能传感器的发展方向本?小结习题与思考题……第十一章传感器的标定与选用传感器原理及应用（王化祥著）：基本信息点击此处下载传感器原理及应用（王化祥著）课后答案传感器原理及应用（王化祥著）：目录作者：王桂荣，李宪芝主编出版社：中国电力出版社版次：1字数：500000印刷时间：-5-1ISBN：9787512304109。

实验三电容式传感器静、动态特性实验一、实验目的：1. 了解电容式传感器结构及其特点。

2. 了解电容传感器的动态性能的测量原理与方法。

二、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、低通滤波模板、数显单元、直流稳压源、双踪示波器。

三、实验步骤：1、按实验二的图2-1安装示意图将电容传感器接于电容传感器实验模板上。

2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图3-1。

图3-1 电容传感器位移实验接线图3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显表单元V i相接(插入主控箱V i孔)，R w调节到中间位置。

4、接入±15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表3-1。

5、根据表3-1的数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。

6、传感器安装图同实验二图2-1，按图3-1接线。

实验模板输出端V01 接滤波器输入端。

滤波器输出端V，接示波器一个通道（示波器Ｘ轴为20ms/div、Y轴示输出大小而变）。

调节传感器连接支架高度，使Ｖ01输出在零点附近。

7、主控箱低频振荡器输出端与振动源低频输入相接，振动频率选6～12Hz之间，幅度旋钮初始置０。

8、输入±15V电源到实验模板，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，注意观察示波器上显示的波形。

9、保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，可以用数显表测频率（将低频振荡器输出端与数显Fin输入口相接，数显表波段开关选择频率档）。

从示波器测出传感器输出的Ｖ01峰－峰值。

保持低频振荡器频率不变，改变幅度旋钮，测出传感器输出的Ｖ01峰－峰值。

四、思考题：1、试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？2、为了进一步提高电容传器灵敏度，本实验用的传感器可作何改进设计？如何设计成所谓容栅传感器？3、根据实验所提供的电容传感器尺寸，计算其电容量C O和移动0.5mm时的变化量，（本实验外圆半径R=8mm，内圆柱外半径r=7.25mm，外圆筒与内圆筒覆盖部分长度1=16mm。