本科毕业设计-基于电容传感器的微小位移测试系统的设计(3)

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此传感器必须用特殊的电缆并采取特殊的技术措施连接到仪器的测量线路中。 （1）传感器电场的边缘效应会使CT与h之间的关系变得极为复杂，一般是通过前述的加保护环的方法加以解决。同时，在进行传感器结构尺寸设计时，应适当选取保护环的内外直径。

(2)当被测表面不是平面时（例如轴、孔的表面），CT与h之间的关系不是式（2—1）的关系，此时可以在满足各种技术要求的前提下尽可能地选用小直径的测头，或将测头端面设计与被测表面相对应的形状。

(3)根据电容传感器的电容计算公式，与h之CT间为非线性的双曲线关系，为了使仪器的输与输入的位移之间保持线性关系，在转换电路中要采取必要的措施。

图 2-6电容传感器原理图 图 2-7 电容传感器结构示意图

2.3电容传感器的分类

电容传感器是将被测物体参数的变化转换成电容变化的测量装置。从电容传感器结构及型式上来看，目前主要有平面变极距型、平面变面积型、平面变介质型等类型，在一些特殊场合下也采用曲面型的上述传感器。在这些传感器中，最基本的就是平面变极距型，它主要用于精密位移、振动测量，精密定位及其他一些测控场合。 2.3.1变极距型电容传感器

变极距型平行板电容传感器应用较其他最为广泛，主要用于测量微小位移和振动变化等，其结构示意图如图2-8所示，

图 2-8 平行板电容器变极距示意图

其中l为可动极板，2为固定极板，当动片1因被测量变化引起移动时，就改变

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了两极板间的初始距离h，从而改变了电容量C。我们本次设计用的就是变极距型电容传感器。楔形块与电容传感器之间形成极板间距，随着楔形块地移动导致电容量的变化，通过电路转换从而达到微小位移测量的实现。

其电容值的计算公式为

式中： K——电容系数（K=1/（1.36π）=0.08846pF/cm），即真空中介电常数； S——极板面积（cm2）； h——极板间距（cm）； ?——介质相对介电常数。 2.3.2变面积型电容传感器

如图2-9所示，该图表示为变极板相对面积的电容传感器，设两极板间遮盖面积为A(A=a．b)，当其中一极板沿x方向移动时，遮盖面积A就发生变化，此时其电容值Cx为：

Cx?k?b?a?x?h?C01?x?a

?式中：C0?k?A?k?ba

hh其灵敏度为：S?dCxdx?k?b

h因此通过公式我们可以看出，b的增加或者是h的减小都可以提高传感器的灵敏度，极板宽度a对灵敏度没有影响，但是对于边缘效应却有影响。当然，变面积型电容传感器的优点是输出呈良好的线性，量程更是不受线性范围的限制，由于其有如此特性，因此它可以适用于检测较大直线位移和角位移等参数，相应的，其缺点就是该类型的传感器与变极距型的电容传感器相比，其灵敏度较低，测量相对不准确，容易产生大的误差。

图2-9 变面积型电容传感器

2.3.3变介质型电容传感器

这种传感器有较多的结构表示形式。因为只要在传感器中的介质的介电常数ε不

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