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德國P+F電容式傳感器的分類及原理
點(diǎn)擊次數(shù)：2151 發(fā)布時(shí)間：2011-7-15
以電容器為敏感元件，將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器稱為電容式傳感器。電容傳感器的形式很多，常使用變極距式電容傳感器和變面式電容傳感器進(jìn)行位移測量。
（1）.變極距式電容傳感器
圖2是空氣介質(zhì)變極距式電容傳感器的工作原理圖。圖中一個(gè)電極板固定不變，稱為固定極板，另一極板間距離d響應(yīng)變化，從而引起電容量的變化。因此，只要測出電容量的變化量⊿C，便可測得極板間距變化量，即動(dòng)極板的位移量⊿d。
德國P+F電容式傳感器的分類及原理 變極距電容傳感器的初始電容Co可由下式表達(dá)，即
式中：ε——真空介電常數(shù)（8.85×10-12F/m）
A——極板面積（m2）
do——極板間距初始距離（m）
傳感器的這種變化關(guān)系呈非線性，如圖3所示。
當(dāng)極板初始距離由do減少⊿d時(shí)，則電容量相應(yīng)增加⊿C，即
電容相對變化量⊿C/Co為
由于，在實(shí)際使用時(shí)常采用近似線性處理，即
此時(shí)產(chǎn)生的相對非線性誤差γo為
這種處理的結(jié)果，使得傳感器的相對非線性誤差增大，如圖4所式。
為改善這種情況，可采用差動(dòng)變極距式電容傳感器，這種傳感器的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。它有三個(gè)極板，其中兩個(gè)固定不動(dòng)，只有中間極板可產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)中間活動(dòng)極板處于平衡位置時(shí)，即d1=d2=do，則C1=C2=Co，如果活動(dòng)極板向右移動(dòng)⊿d,則d1=do-⊿d,d2=do+⊿d,采用上述相同的近似線性處理方法，可得傳感器電容總的相對變化，為
傳感器的相對非線性誤差γo為
不難看出，變極距式電容傳感器改成差動(dòng)之后，不但非線性誤差大大減小，而且靈敏度也提高了一倍。
德國P+F電容式傳感器的分類及原理（2）.變面積式電容傳感器
圖6是變面積式電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，它由兩個(gè)電極構(gòu)成，其中一個(gè)為固定極板，另一個(gè)為可動(dòng)極板，兩極板均成半圓形。假定極板間的介質(zhì)不變（即電介質(zhì)常數(shù)不變），當(dāng)兩極板*重疊時(shí)，其電容量為
Co=⊿A/d
當(dāng)動(dòng)極板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)α角時(shí)，兩極板的對應(yīng)面積要減小⊿A，則傳感器的電容量就要減小⊿C。如果我們把這種電容量的變化通過諧振電路或其它回路方法檢測出來，就實(shí)現(xiàn)了角位移轉(zhuǎn)換為電量的電測變換。
電容式位移傳感器的位移測量范圍在1um—10mm之間，變極距式電容傳感器的測量精度約為2%。變面積式電容傳感器的測量精度較高，其分辨率可達(dá)0.3um。