第六節(jié) 電容式傳感器 以電容器作為敏感元件， 將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化的傳感器稱為電容式 傳感器。電容式傳感器在力學(xué)量的測量中占有重要地位， 它可以對荷重、 壓力、位移、 振動、 加速度等進行測量。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)特性好等許多優(yōu)點，因此， 在自動檢測技術(shù)中得到普遍的應(yīng)用。 一、電容式情感器的工作原理 現(xiàn)以平板式電容器來說叫電容式傳感器的工作原壩。 電容是由兩個金屬電極， 中間有腰電介 質(zhì)構(gòu)成的，如圖 4．36 所示。出合構(gòu)極板 N 加 3： 電壓時，電極廣就盒貯存有電荷．所以電容器實際 6： 是—個儲存電場能的元件。平板式電容器在忽略邊緣 6A 質(zhì) 效應(yīng)時，其電容雖(：可長爾為 C—：半—l‘d4／J (‘——電容量(F)； e 一兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)(F／m)； ‘，一一兩極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)； q 一一真空的介電常數(shù)，等于 8．85xlo 4——極板的面積(m’)； J——極板間的距離(m)。從上式可知，當(dāng)其中的允、J、q 中的任一項發(fā)生變化時，都會引起電容量 c 的變化。在 實際使用時，常使 4、6f、q 參數(shù)中的兩項固定，僅改變其中—個參數(shù)來使電容量發(fā)生變化、 根 據(jù)上述工作原理．電容式傳感器可分為三種類型，即改變極板面積的變面積式，改變圾板距 離的變間隙式。

改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。 在力學(xué)傳感器中常使用變間隙式電容傳感器。 二、電容式傳感器的特點 (1)結(jié)構(gòu)簡單．性能穩(wěn)定 (2)阻抗高，功率??； 。 (3)動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，分辨力強： (4)沒有由于振動引起的漂移； (5)閉試導(dǎo)線分布電容對測旦誤差影響較大； (6)電容量的變化與極板間距離變化為非線性。 表小 5 列出了電容式與壓電式、應(yīng)變式、壓阻式傳感器之間的特性對比。從表中可以看出電容式傳感器在技術(shù)特性上比其它傳感器有著一系列的優(yōu)點。三、電容式荷宣傳感器 四 4．37 所示為電容式荷重傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 ’映在鎳鉛鑰鈉塊廠加[出“排尺寸川 間且等距的圓孔，在園孔內(nèi)樊[：帖接村 帶絕緣支架的平板式電容器電容傳感器原理，然后將每個 咀孔內(nèi)的電容器并聯(lián)。當(dāng)鋼塊端酣承受重 量 F 作用時，圓孔將產(chǎn)生變形．從而使每 個電容器的極板間距變小，電容設(shè)增大。電 容器容景肋增值正比于被測載荷少。 這種傳感器主要的優(yōu)點是由于受接觸 面的影響小、因此測盟精度較南。另外電 容器放于鋼塊的孔內(nèi)也提高廠抗干擾能 力。它在地球物理、表面狀態(tài)檢測以及自 動檢驗和控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。四、電容式壓力傳感器 電容式壓力傳感器在結(jié)構(gòu) J：有單端式 相差動式明仲形式 t 因為差動式的靈敏 62 較高，都采用差動形式。

所以電容式壓力傳感器大 圖 4．38 是差動式電容壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它主要由一個膜式動電極相兩個在 凹形玻璃 卜電鍍成朗固定電圾組成差動電容器。當(dāng)被測壓力或壓力差作用：3：膜片并產(chǎn)生位移 時，形成的兩個電容器的電容量．一個增大， — 個減小。該電容值的變化經(jīng)測量電路轉(zhuǎn) 換成 4 壓力或壓力差相對應(yīng)的電流或電 壓的變化。 差動式電容壓力傳感器的測量電路 常采用雙丁型電嬌電路。雙 T 型電橋電 路見因 4．39 所爾。其中 e 為對稱方波的 高頻信號源；賒和 c2 為差動式電容傳 感器的一對電容；Rl 為測量儀表的內(nèi) 阻；vl)l 和 VD?為性能相同的兩個二極 管；AI＝R2 為固定電阻。 啪 f 為正半用時，vDl 即迥．vI)：救 止，電容(： ，充電孕電壓且．電流經(jīng) RI 流向 RI。與此同時，(： ：通過 R2 向 Rl 放電* 當(dāng) f 為負半周時、vDz 導(dǎo)通、vI)l 截 d： ，電容(：?充 電至電壓且．電流經(jīng)只 z 流向 R電容傳感器原理， ‘與此同時，A 通過 R，向 Rl 放電。 當(dāng)酥＝C，／A；即沒有壓力輸結(jié)傳感器時，在 f 的一·個周期內(nèi)流過負載 RI 的平 均值為零， RI[：無情號輸出。