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技術(shù)文章

德國(guó)P+F電容式傳感器的分類及原理

點(diǎn)擊次數(shù):2150 發(fā)布時(shí)間:2011-7-15

德國(guó)P+F電容式傳感器的分類及原理

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(cè)量。

    (1).變極距式電容傳感器

變級(jí)距式電容式傳感器
    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(cè)出電容量的變化量⊿C,便可測(cè)得極板間距變化量,即動(dòng)極板的位移量⊿d。

德國(guó)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(duì)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(duì)非線性誤差γo為
    這種處理的結(jié)果,使得傳感器的相對(duì)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(duì)變化,為
    傳感器的相對(duì)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(guó)P+F電容式傳感器的分類及原理(2).變面積式電容傳感器

變面積式電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
    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(duì)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(cè)出來,就實(shí)現(xiàn)了角位移轉(zhuǎn)換為電量的電測(cè)變換。
    電容式位移傳感器的位移測(cè)量范圍在1um—10mm之間,變極距式電容傳感器的測(cè)量精度約為2%。變面積式電容傳感器的測(cè)量精度較高,其分辨率可達(dá)0.3um。

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