电容式传感器的原理分析

距离．
当被 测 参 数 变 化 使 得 式 （ １ ） 中的 Ｓ 、 ｄ 或 ￡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
图 ３
式 中， ｚ 。 和ｎ 表 示 极 板 的长 度 和宽 度 ， ｅ 。 表示真空介 电 常数 ； ｚ 表 示 第 ２种 介 质 至 极 板 间 的长 度 ． 两种介质 ￡ ｒ 。 、 ｅ 确定以后 ， 变量 只有 ｚ ， 因此 ， ｚ 变化 时， 电 容 量 Ｃ也 随 之 而
到 电容 量 的 变 化 ． 当 动 极 板 相 对 定 极 板 沿 长 度 方 向 平 移
的 变化 ， 通过测量 电路进 一步转 换 为 电压 、 电 流 或 频 率 输 出， 这 样 就 实 现 了非 电量 到 电 量 的 转 换 ． 因此 ， 电 容 式 传 感
器 可 分 为 变 极距 型 、 变 面 积 型 和变 介 质 型 ３ 种． ２ 变 极 距 型 电 容 传 感 器 原 理 分 析 图 ２为 变 极 距 型 电 容
Ｖｏ Ｌ ３ ４ Ｎｏ ． ７
（ ２ Ｏ１ ３）
物 理 教 师
Ｐ Ｈ Ｙ ＳＩ Ｃ Ｓ Ｔ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ Ｅ Ｒ
第 ３ ４ 卷第 ７ 期
２ ０１ ３正
・
问题 讨 论 ・
电容 式 传 感 器 的原 理 分 析
刘 永 顺
（ 安 阳 师 范 学 院 物 理 与 电气 工 程 学 院 ， 河南 安 阳 ４ ５ ５ ０ ０ ０ ）
感器的 ￡ 和 Ｓ不 变 ， 初 始 极 距为 ｄ 。时 ， 电容 器 电 容 量
Ｇ 为
４ 变 介 质 型 电容 式 传 感 器 原 理 分 析 图 ４是 变 介 质 型 电 容 式 传 感 器 结 构 示 意 图． 图 中 两 平
行 极 板 固定 不 动 ， 极 距 ｄ为 常 数 ， 相对介 电常数为 ｅ 的 电
因此 ， △ 变 化 时 ， 电 容 量 Ｃ也 随 之 而 变 ， 这 就 是 变 面 积
型电容传感器的原理．
若是被 测 物带 动 上 极 板相 对 下 极 板左 （ 右 ）位 移 了
△ ， 电 容量 ｃ也 随 之 而 变 ， 用 这 种方 法 也 可 以 测 量 位 移 ．
式传感 器 的 原 理 图． 当 传
介 质 以不 同深 度 插 至 电 容器 中 ， 从 而 改 变 两 种 介 质 的 极 板
覆盖面积 ， 传 感 器 总 电 容 量 ｃ为 两 种 介 质 ｅ ￡ ， 组 成 的 两 个 电容 并 联 ．
一
一
若 《 １ ， １ 一（ ） ‘ 一１ ， 则 式（ ２ ） 变 为ｃ ｃ 。 ＋
，
— —
￡ Ｓ ｅ （ Ⅱ 一／ ｘ ｚ） ６
ｄ — — ｄ ‘
极 距
切
如果不考虑其边 缘效应 ，
则 其 电 容 量 为
图
始 直
缩 小
式 中， ￡ 一￡ ｅ ， 为 电 容
图 １
『
糟
器 极 板 间 介 质 的 介 电 常 数； Ｓ为 两 平 行 板 所 覆 盖 的 面 积 ； ｄ为 两 平 行 板 之 间 的
则 电
若 容
ｌ ｌ
．
电 器
器 量 受 变 外 为
力
怍
Байду номын сангаас
ｌ 电 容 式 传 感 器 的 原 理
由 绝 缘 介 质 分 开 的
两个 平 行 金 属 板 组 成 的 平板 电 容 器 如 图 １所 示 ．
￡
△ ｚ时 ， 两极板对齐 面积变为 Ｓ 一（ ｎ —Ａ ｘ ） ｂ ， 则 电 容 用 量 变 为
ｃ。 ．
０
—
—
—
Ｉ
ｄ
图 ４
！ ！
ｄ
一
因此 ， Ａ ｄ变 化 时 ， 电容 量 Ｃ也随 之而 变 ， 这 就 是 变 极
二 Ｊ ＿— ￣ ｏ ￣ ￣ ｚ — ａ ｌ
。
距型电容式传感器的原理． 若是被测物带 动上 极板 上 （ 下） 位移了 △ ｄ， 电容量 ｃ
力作 为动力 ， 人 们 自然 会 想 到 采 用 电 磁 驱 动 的 方 式 ， 借 助
单 根 导 体棒 ．
‘● ●‘ ｘ ｘ ｘ ｘ 。 ・卜 ‘××ｘ
ｌ ２ Ａｖ ４ Ｂ ｏ ￣
— ～
，
儿
可 见 导 体 框 在 磁 场 中 的 驱 动 效 率 要 明 显 高 于
利用磁场产生磁力使车体悬浮 ， 从 而 消 除 机 车 与 轨 道 问 的 摩擦 ， 极大地保证 了动力 的有效 利 用 ； 另 一 就 是 电 磁 驱 动 系统 ， 由于 车 轮 与 导 轨 脱 离 ， 很 显 然 不 能 依 靠 轨 道 间 摩 擦
也随之而变 ， 用 这 种 方 法 就 可 以 测量 位 移 ．
以
辈［ （ ￡ ， 一￡ ， ） ｚ ＋ｅ ｚ 。 ］ ．
３ 变 面 积 型 电 容 式 传 感 器 原 理 分 析
图 ３是 变 面 积 型 电容 传 感 器 原 理 结 构 示 意 图． 被 测 量
通 过 动 极 板 移 动 引 起 两 极 板 有 效 覆 盖 面 积 Ｓ改 变 ， 从 而 得
变， 这 就 是 变 介 质 型 电 容 式传 感 器 的 原 理 ．
第 ３ ４卷 第 ７期
２ Ｏ１ ３正
物 理 教 师
Ｐ Ｈ Ｙ ＳＩ Ｃ Ｓ Ｔ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ Ｅ Ｒ
Ｖｏ １ ． ３４ ＮＯ ．７
（ ２Ｏ１ ３ ）
磁 悬 浮 列 车 电磁 驱 动 系统 的 力 学规 律 探 究
朱 耀 华
王 汉 权
江 苏 无 锡 ２ １ ４ １ ７ ４ ） （ １ ．江 苏 省 射 阳 中学 ， 江 苏 射 阳 ２ ２ ４ ３ ０ ０ ； ２ 江 苏 省 锡 山高 级 中学 ， 磁悬浮列车是一种高速运载工具 ， 最 高 运 行 时 速 可 达
５ ０ ０ ｋ ｍ／ ｈ ， 主要得益于两个重要系统 ： 一是 电磁悬 浮系统 ，