傳感器應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目三

基于電容式傳感器的濕度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作電容傳感器的工作原理講授內(nèi)容1.電容式傳感器特點(diǎn)電容式傳感器是以各種類(lèi)型的電容器作為傳感元件，將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。特點(diǎn)：（1）小功率、高阻抗。（2）小的靜電引力和良好的動(dòng)態(tài)特性。（3）本身發(fā)熱影響小。（4）可進(jìn)行非接觸測(cè)量。應(yīng)用：壓力、位移、厚度、加速度、液位、物位、濕度和成分含量等測(cè)量之中。2.電容器在收音機(jī)中的應(yīng)用并聯(lián)在收音機(jī)LC諧振電路的電感兩端的電容量越大，所接收到的電臺(tái)的頻率就越低。電容器在收音機(jī)中，用于改變諧振頻率，從而調(diào)整所要接收的電臺(tái)。電容式傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件為一體的、電容量可變的電容器和測(cè)量電路組成，其變量間的轉(zhuǎn)換關(guān)系原理如圖所示。3.工作原理由物理學(xué)可知，當(dāng)忽略電容器邊緣效應(yīng)時(shí)，對(duì)圖示平行極板電容器，電容量為式中

S——兩極板相互遮蓋的有效面積（m2）；d——兩極板間的距離，也稱(chēng)為極距（m）；ε

——兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)（F/m）；εr——兩極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；ε0——真空介電常數(shù),ε0=8.85

10-12(F/m)3.工作原理+

S

r d

_

3.工作原理可見(jiàn)：在S、d、ε三個(gè)參量中，改變其中任意一個(gè)量，均可使電容量C改變。也就是說(shuō)，如果被檢測(cè)參數(shù)(如位移、壓力、液位等)的變化引起S、d、ε三個(gè)參量中之一發(fā)生變化，就可利用相應(yīng)的電容量的改變實(shí)現(xiàn)參數(shù)測(cè)量。據(jù)此，電容式傳感器可分為以下三大類(lèi)：(1)變極距式電容傳感器；(2)變面積式電容傳感器；(3)變介電常數(shù)式電容傳感器。3.工作原理理想電容器的電場(chǎng)線(xiàn)是直線(xiàn),而實(shí)際電容器只有中間區(qū)域是直線(xiàn)，越往外電場(chǎng)線(xiàn)彎曲的越厲害。到電容邊緣時(shí)電場(chǎng)線(xiàn)彎曲最厲害，這種電場(chǎng)線(xiàn)彎曲現(xiàn)象就是邊緣效應(yīng)。在極板面積較小時(shí)，將引起測(cè)量誤差。4.電容器的邊緣效應(yīng)+

S

r d

_

5.電容式傳感器的等效電路對(duì)各種電容傳感器的特性分析，都是在純電容的條件下進(jìn)行的。這在可忽略傳感器附加損耗的一般情況下也是可行的。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵(lì)的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時(shí)，其等效電路如下圖所示。