差動電容式傳感器：差動式電容傳感器優點

差動電容式傳感器：差動式電容傳感器優點

差動式電容傳感器優點：
1、差動電傳感器采用差動連接，能夠在機械位移很小時，輸出電變化內量與機械線位移容有很好的線性關系，精度很高。
2、由于電容極板間一般都是無機物，如空氣、石英等材料，不易受到強磁場干擾，穩定性好。
3、對于環境干擾，電磁吸引力、靜電引力有一定的補償作用，還能改善特性曲線的線性度。
4、差動式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍，而且非線性也大為減小，同時還能減小靜電引力給測量帶來的影響，并能有效地改善由于溫度等環境影響所造成的誤差。
擴展資料：
1、差動式電容傳感器的結構
固定極板與水平儀底座和測量平面固定在一起，動極板由懸絲懸掛，當被測平面有一定傾角時，由于重力作用，動極板始終保持豎直狀態，與一固定極板的極距減小，而與另一極板極距增大，形成差動輸出，由于所測傾角變化極小，可認為動極板與固定極板始終平行。
2、差動式電容傳感器的主要用途
差動式電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質的濕度、密度、厚度等。
在小位移，荷重及振動測量方面有廣泛的應用。

1、差動電容傳感器之所以采用差動連接，是因為在機械位移很小時，輸出電容變化量與機械線位移有很好的線性關系，精度很高。
2、由于電容極板間一般都是無機物，如空氣、石英等材料，不易受到強磁場干擾，穩定性好。

為了提高傳感器的靈敏度，所以傳感器多做成差動形式。
差動電感傳感器：對于環境干擾，電磁吸引力、靜電引力有一定的補償作用，還能改善特性曲線的線性度。

差動電容式傳感器：差動電容傳感器的構造與普通電容器的構造有何區別？它有哪些優點？

電容式電感器的電容量 與真空介電常數 、極板間介質的相對介電常數 、極板有效面積 以及極板間的距離 有關，即

極板間介質的相對介電常數 、極板有效面積 以及極板間的距離 三個參數中任意一個發生變化時，會引起電容量的變化，可以通過測量電路轉化為電量輸出獲得變化情況。因此電容式傳感器可以分為變極距型、變面積型和變介質型。
題主問到的差動式電容傳感器就屬于變極距型電容式傳感器的一種，題主所提到的普通電容器應該指的是單極式變極距型電容式傳感器。
單極式變極距型電容式傳感器圖1 變極距型電容式傳感器原理圖
如上圖所示，當相對介電常數 、極板有效面積 為常數，初始極距為 ，則初始電容量 為

當動極板因被測量變化而向上移動減少距離為 時，電容量增大量為 ，則有
，電容相對變化量為
如果滿足 ，則可經級數展開成

簡化高次項后可以得到近似的線性關系和靈敏度 為

如果考慮線性項及二次項，則

則相對非線性誤差為
變極距型差動式電容式傳感器圖2 變極距型差動式電容式傳感器原理圖
如上圖所示，調整為差動式結構后，動極板位于兩個定極板中間。初始位置時 ，即兩邊初始電容相等。當中間的動極板向上有位移 時，兩邊極距為 ， ，則電容總的相對變化量為
靈敏度 為
相對非線性誤差為
優點
由上式對比可以得知，差動式結構比普通單極式電容傳感器靈敏度提高一倍，非線性誤差極大減小。由于結構上的對稱性，差動式結構還可以有效補償溫度變化所造成的測量誤差。
以上。
尾聲
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差動電容式傳感器：電容式壓力傳感器

它由圓形薄膜與固定電極構成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式
[2]
。

差動電容式傳感器：能測量位移的差動電容式傳感器仿真（轉）

? ? 本次實驗是對能測量位移的差動電容式傳感器仿真，實驗的仿真電路是由正弦激勵電路、電橋電路、放大器電路、整流電路和濾波電路五個部分組成的。在電橋上施加正弦激勵信號，當差動電容中間的動片處于平衡位置時，轉換電橋的輸出為0，當動片產生一定位移時，轉換電橋失去平衡，輸出一個電壓值，此電壓信號很微小，經放大、整流、濾波后提取出的直流分量與差動電容動片位移成正比關系。

三：電路設計及仿真結果分析

（1）

圖2：電路原理圖

圖3：正弦激勵信號原理圖及輸出波形

?

? 圖4：傳感器電橋部分原理圖及輸出波形

由上圖仿真結果可知當傳感器兩個電容相等，即電橋平衡時，輸出幾乎為0。

? ? ? ?圖5：電橋失衡時仿真結果

當電橋失衡時，測得電容值C3= 40nF，C4= 60nF時的波形，如上圖所示

分別測量在C3 = 30nF，C4= 70nF、C3 = 20nF，C4= 80nF、C3 = 10nF，C4 = 90nF這四種情況下的輸出，發現輸出的電壓是在mV。

? ?圖6：放大電路原理圖及輸出波形

? 將電橋輸出的信號放大十倍后，如上圖所示。

圖7：整流電路原理圖及輸出波形

?

? 圖8：濾波電路原理圖及輸出波形

?

由上圖可知，經過這種濾波電路以后，交流分量顯著減少，波形平緩。用電壓表分別測出C3= 50nF，C4 = 50nF、C3= 40nF，C4 = 60nF、C3= 30nF，C4 = 70nF、C3= 20nF，C4 = 80nF、C3= 10nF，C4 = 90nF五種情況下的數據并記錄。

表1：五種情況下的輸出電壓

位移Δ

0

10

20

30

40

C3，C4 (nF)

50,50

60,40

70,30

80,20

90,10

輸出電壓

2.077mV

-220.555mV

-586.08mV

-968.079mV

-1.348V

（2）由統計的仿真結果可知，輸出的電壓與電容成線性關系，進而與位移成線性關系。結果中負號表示方向沿使C3兩極板距離減小的方向運動。

四：結論

本次試驗設計了一種差動電容式位移傳感器,主要對差動電容式位移檢測電路進行了仿真研究。其中檢測電路設計主要包括正弦激勵電路、電橋電路、放大電路、整流電路和濾波電路。最后利用Multisim軟件對所設計的系統進行仿真,并分析了傳感器性能。仿真研究表明,檢測電路具有合理性,輸出電壓和位移有間接的線性關系，測量范圍內具有很好的線性度。

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