电容式传感器 汽车电子 (传感器).pdf

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文档介绍

第5章电容式传感器5.1电容式传感器的工作原理和结构5.2电容式传感器的灵敏度及非线性5.3电容式传感器的测量电路5.4电容式传感器的应用返回主目录第5章电容式传感器5.1电容式传感器的工作原理和结构由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器,如果不考虑边缘效应,其电容量为Acd式中:ε——电容极板间介质的介电常数,ε=ε·ε,其中ε为真空介电常数,ε为极板0r0r间介质相对介电常数;A——两平行板所覆盖的面积;d——两平行板之间的距离。当被测参数变化使得式(5-1)中的A#,d或ε发生变化时,电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变,而仅改变其中一个参数,就可把该参数的变化转换为电容量的变化,通过测量电路就可转换为电量输出。因此,电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。一、图5-1为变极距型电容式传感器的原理图。当传感器的εr和A为常数,初始极距为d时,由式(5-1)可知其初始电容量C为00A01c=0d0若电容器极板间距离由初始值d缩小Δd,电容量增大ΔC,则有0C=C+Δ=d10Cc(1+)0Ad0r0d0−d1−(d)2d0d20由式(5-3)可知,传感器的输出特性C=f(d)不是线性关系,而是如图5-2所示双曲线关系。此时C与Δd近似呈线性关系,所以变极距型电容式传感器只有在Δd/d很小时,10才有近似的线性输出。另外,由式(5-4)可以看出,在d较小时,对于同样的Δd变化所引起的ΔC可以0增大,从而使传感器灵敏度提高。但d过小,容易引起电容器击穿或短路。为此,极0板间可采用高介电常数的材料(云母、塑料膜等)作介质(如图5-3所示),此时电容CAc=ddg0(5-5)+0g0式中:ε——云母的相对介电常数,ε=7;ggε——空气的介电常数,ε=1;00d——空气隙厚度;0d——云母片的厚度。g云母片的相对介电常数是空气

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