1、2014Ad圖 3.1.1 平 板 電 容2014Ad圖3.1.1 平板電容2014dxbCdxabC0axCxdbCCC00dbxCK)1 ()1 (0CdACbdax x圖 3.1.2 直 線 位 移 型電 容 式 傳 感 器xxxa)b)c)圖3.1.3 變面積式電容傳感器的派生型a)角位移型 b)齒形極板型 c)圓筒型2014)()(0 xdbCndxabnCxdbnnCCC0dbnxCK圖3.1.5 介質面積變化的電容傳感器CBCAxxld1d21212d圖3.1.4 變間隙式電容傳感器1固定極板 2-活動極板dAC022011dxdxCxdAC1122dx)1(0dxCC2014圖

2、 3.1.5 介 質 面 積 變 化 的 電 容 傳 感 器CBCAxxld1d21212d圖 3.1.4 變 間 隙 式 電 容 傳 感 器1 固 定 極 板 2-活 動 極 板2 2BACCC1212211/ )()(;/ddxlbCddbxCBA2110ddblC)11 ()(CC21212101212211BAddlxCddxlbddbxC2014設設 1，可以忽略高次項，得到近似的線性關系為：，可以忽略高次項，得到近似的線性關系為： 0dd00ddCC變極距式電容傳感器的靈敏度為：變極距式電容傳感器的靈敏度為： （常數），若取一、二次項得到：（常數），若取一、二次項得到： 00dCd

3、CKn0001ddddCC傳感器的相對非線性誤差（線性度）為：傳感器的相對非線性誤差（線性度）為： %100%100)()(0020dddddd在實際應用中，為提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用差在實際應用中，為提高靈敏度，減小非線性誤差，大都采用差動式結構，如右圖所示。若極距發生變化，則有動式結構，如右圖所示。若極距發生變化，則有差動平板式電容傳感器結構差動平板式電容傳感器結構 302000001)()(111ddddddCddCC302000002)()(111ddddddCddCC除變極距型電容傳感器外，其它兩種電容傳感器的輸入量與輸出電容量之間均為線性關系，除變極距型電容傳感器外，其

4、它兩種電容傳感器的輸入量與輸出電容量之間均為線性關系，故本節只討論變極距型平板電容傳感器的輸出特性（故本節只討論變極距型平板電容傳感器的輸出特性（線性度和靈敏度線性度和靈敏度）。）。電容的相對變化量為：電容的相對變化量為： 按極數展開得按極數展開得 3020000)()()(1ddddddddCC1000)1 (ddddCC2014電容相對變化量為：電容相對變化量為： 300021)(22ddddCCCC略去高次項，則得靈敏度為：略去高次項，則得靈敏度為： dcdCKn002非線性誤差為：非線性誤差為： %100%100)()(20030dddddd由上分析可知，電容式傳感器做成差動式結構之后

5、，其非線由上分析可知，電容式傳感器做成差動式結構之后，其非線性大大減小，而其靈敏度提高了一倍。同時，差動式傳感器性大大減小，而其靈敏度提高了一倍。同時，差動式傳感器還能減小靜電引力給測量帶來的影響，并能有效改善因溫度還能減小靜電引力給測量帶來的影響，并能有效改善因溫度等環境影響所造成的誤差。等環境影響所造成的誤差。 3.3 電容傳感器的電容傳感器的等效電路（略）等效電路（略）20143.4 3.4 電容式傳感器的常用測量電路電容式傳感器的常用測量電路+-C1C2R2R1V2V1RLu圖 3.2.1 雙 T電 橋 電 路uiu0圖 3.2.2 運 算 放 大 器 式 測 量 電 路C0Cx201

6、4當電源電壓確定當電源電壓確定后后, , 輸出電壓輸出電壓UoUo是電容是電容C1C1和和C2C2的函的函數。數。)C-U(CR)R(R)2RR(Ru21L2LL0+-C1C2R2R1V2V1RLu圖 3.2.1 雙 T電 橋 電 路uiu0圖 3.2.2 運 算 放 大 器 式 測 量 電 路C0Cx2014x0i0CCuudACxdACuu0i0+-C1C2R2R1V2V1RLu圖3.2.1 雙T電橋電路uiu0圖3.2.2 運算放大器式測量電路C0Cxv從原理上解決了單電容變間隙傳從原理上解決了單電容變間隙傳感器的非線性問題。感器的非線性問題。v實際上，實際上，Zi，K ，所以，所以，存

7、在一定非線性，存在一定非線性， Zi 、K很大，非很大，非線性很小。線性很小。vU0與與C0、U有關，所以需要高精有關，所以需要高精度交流穩壓源、高質量電容度交流穩壓源、高質量電容C Cv特別適合于結構上不能用差動電特別適合于結構上不能用差動電容傳感器的場合。容傳感器的場合。2014雙穩態觸發器+-+-C1C2R2R1+-N1N2N3V1V2RSuru0PMNBQQA圖3.2.3 差動脈沖寬度調制電路2014u1uAu1uAu1t0t0uBu1uABt0-u1uCtuMT1uCtuNT2u1t0t0uBu1uABt0-u1uCtuMT1uCtuNT2圖 3.2.4 電 壓 波 形 圖20141

8、2121121212110uTTT-TuTTT-uTTTu121210uCCC-Cuu1uAu1uAu1t0t0uBu1uABt0-u1uCtuMT1uCtuNT2u1t0t0uBu1uABt0-u1uCtuMT1uCtuNT2圖3.2.4 電壓波形圖2014LC21fv無論是變間隙、變面積電容傳感器都能線性輸出。輸出為矩形波只需經低無論是變間隙、變面積電容傳感器都能線性輸出。輸出為矩形波只需經低通濾波器引出即可。通濾波器引出即可。v不需要解調。將差動電容傳感器的輸出變化信號轉換成有極性方向和大小不需要解調。將差動電容傳感器的輸出變化信號轉換成有極性方向和大小輸出的直流信號。輸出的直流信號。v

9、要求交流穩壓（精度較高的電源），但對穩定性無要求。要求交流穩壓（精度較高的電源），但對穩定性無要求。v由于低通濾波的作用，對輸出矩形波的純度要求不高。由于低通濾波的作用，對輸出矩形波的純度要求不高。 調頻式信號調節電路調頻式信號調節電路 2014MHzMHzC)CCL(C21ffc010 調頻式信號調節電路調頻式信號調節電路 )CCL(C21fc010LC21f201420142014 在軟包裝液體生產線在軟包裝液體生產線(牛奶或其它牛奶或其它飲料的生產線等飲料的生產線等)上，由于灌裝設備上，由于灌裝設備的故障，有漏裝或少裝的情況發生。的故障，有漏裝或少裝的情況發生。采用電容式接近開關，可以檢

10、測紙袋采用電容式接近開關，可以檢測紙袋中中(或塑料袋中或塑料袋中)有無液體或是否裝足有無液體或是否裝足裝夠的情況，如圖所示。裝夠的情況，如圖所示。3 作為開關用來檢測軟包裝內的液體作為開關用來檢測軟包裝內的液體 當電容式接近開關檢測到無牛奶或當電容式接近開關檢測到無牛奶或未裝足牛奶的紙袋時，給出一個開關未裝足牛奶的紙袋時，給出一個開關信號，等移動一個距離時，由推桿將信號，等移動一個距離時，由推桿將不合格產品推出。不合格產品推出。 這里需要指出的是，可以透過罐、這里需要指出的是，可以透過罐、管道、瓶、紙袋、塑料袋來檢測，但管道、瓶、紙袋、塑料袋來檢測，但它們必須是非金屬材料制成的。它們必須是非金

11、屬材料制成的。 20144、非接觸電容式位移傳感器非接觸電容式位移傳感器 非接觸電容位移傳感器可測量各種導電材料的間隙、長度、尺寸或位置。非接觸電容位移傳感器可測量各種導電材料的間隙、長度、尺寸或位置。由于采用屏蔽環結構，無須附加電子線路，可實現高的線性測量。具有特由于采用屏蔽環結構，無須附加電子線路，可實現高的線性測量。具有特別高的分辨率，以及穩定性。由于采用線性化措施，對絕緣材料也能測量。別高的分辨率，以及穩定性。由于采用線性化措施，對絕緣材料也能測量。電容位移傳感器使用場合要求干凈，任何油污、塵埃、水等介質進入傳感電容位移傳感器使用場合要求干凈，任何油污、塵埃、水等介質進入傳感器間隙中，都將影響測量結果。器間隙中，都將影響測量結果。2014位移測量 彎曲、波動彎曲、波動變形變形移動、位移移動、位移位置、膨脹位置、膨脹振動、偏心