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授课题目 首次授课时间 教学目标 重点与难点 教学手段与方法 电容式传感器的工作原理 授课类型 新授课 2012 年 4月 15日 学时 2 1、了解电容式测量的基本概念， 2、 掌握三种类型的电容式传感器的结构、工作机理、参数计算公式和应用范围。 三种类型电容式传感器的工作原理及参数的计算 为了激发同学们对本课程学习的热情，在讲解概述部分采用大量的实用图片、实物应用进行多媒体讲授。 教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等） 【授课思路】 电容式测量的基本概念；电容的计算公式；三种类型的电容式传感器：即变面积式、变间隙式和变介电常数式。提问学生：电容的计算公式是什么？从公式可以看出电容的大小由哪些量决定？引入电容式测量的概念和电容式传感器的分类（采用提问方式） 学生 活动 【讲解要点】 电容式传感器的工作原理 【导入新课】从日常生活中的实例出发激发学生学习兴趣。 【出示目标】 1、了解电容式测量的基本概念， 2、掌握三种类型的电容式传感器的结构、工作机理、参数计算公式和应用范围。【具体内容】 电容式传感器的工作原理及特性 一 基本工作原理 平行极板电容器的电容量为： C?明确目标 ? S?0?r S? ??以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。当被测量ε? s发生变化时，都会引起电容的变化，这就是电容式传 感器的工作原理。 二 电容式传感器的类型和特性 .
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理解 1. 变极距型电容传感器 首先介绍最简单的变间隙式电容传感器，推导计算公式、相对变化、非线性ε ——误差和灵敏度。然后引导学生分析得出非线性会随位移的增大而增大，自然地极板间介引入采用差动形式的变间隙式电容传感器，同样计算出非线性误差和灵敏度，质的介电进行比较，突出其优点。 系数； ε0 ——真空的介电常数，ε0 =8.854×10-12 F/m； 设动极板未移动时极板间距为δ0 ? S初始电容量为 C0? εr ——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，εr ≈1。 所以变极距型电容传感器在设计时要考虑满足Δδ<<δ0的条件。且一般Δδ只能在极小的范围内变化。 ?0? S? S???? ???C0?0????0?0?0????0??????C??电容的相对变化量为：???0 ??C0?0???1??0极板2上移：?C??23??C??????????????1????......当??/?0??1时， ?????? C0?0????0??0???0??? S略去高次项，得：?C??? C0?0非线性误差与Δδ/δ0有关。其表达式为： ??2（）?0??r???100% ???0?0传感器的灵敏度为：K??CC0?S1??2?2 ???0?0?0差动式变间隙型电容传感器 .
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初始位置时，?1??2??0 ,C0?? S ?0 总共举3个例子（3种常见的变面积式）来进行讲解，对于每个例子，分别从结构特点、电容计算公式、相对变化、灵敏度等几个方面来介绍。最后用一个包含3个例子的FLASH动画来进行演示和总结。 动极板上移时：?1??0???,?2??0??? C1?C0??C1??????C0?1?? ?0????0??? S?1????C2?C0??C2??C0?1?? ?0?????0?????????????C1?C0?1???当??/?0??1时，?????......? ??0??0???0???????????2????3?C2?C0?1????????......? ?0?0?0????????3?????????C?C1?C2?C0?2?2???......? ??0???0???23? S?1电容量的相对变化为 非线性误差为： ?C???2 C0?0??????????r??100%?????100% 减小 ????????32000灵敏度：K??CC0?S?2 ? 22 提高一倍 ???0?02. 变面积型电容传感器 C0???0， ??0， ? S ? .
电容式传感器工作原理16
