传感器课程设计电容传感器
完整版电容式传感器课程设计方案
完整版电容式传感器课程设计方案一、课程概述本课程设计旨在介绍电容式传感器的原理、特点以及应用，通过实践操作和实验演示，培养学生的实际应用能力和创新思维能力。
课程设计涵盖了传感器的基础知识、电容式传感器的原理和构造、电容测量电路以及电容式传感器的应用场景等内容。
二、课程目标1.掌握电容式传感器的基本原理和构造；2.熟悉电容测量电路的设计与实现；3.理解电容式传感器在不同领域的应用；4.能够进行电容式传感器的实验操作和数据分析。
三、教学内容和方法1.电容式传感器的基础知识（4学时）-电容的基本概念和计算方法；-电容式传感器的分类和特点；-电容式传感器的工作原理。
2.电容式传感器的原理和构造（6学时）-电容式传感器的工作原理和应用范围；-常见的电容式传感器类型及其特点；-电容式传感器的结构和工作原理。
3.电容测量电路的设计（8学时）-常见的电容测量电路的设计原理；-电阻-电容（RC）电路的设计和实现；-桥式电阻-电容（RC）电路的设计和实现；-电容式传感器的输出信号处理和放大。
4.电容式传感器的应用（6学时）-温度测量与控制；-液位检测与控制；-压力传感与控制；-人机交互与触控技术。
5.实验操作和应用案例（6学时）-实验操作：电容的测量和计算；-实验操作：电容式传感器的特性测量；-应用案例：温度测量与控制；-应用案例：液位检测与控制。
四、教学评价1.实验报告和作业：根据实验操作和应用案例，学生需提交实验报告和作业，考察其对电容式传感器的理解和应用能力。
2.课堂讨论和展示：鼓励学生在课堂上参与讨论，展示自己对电容式传感器的理解和实验操作的结果。
3.课程项目：以小组形式设计一个电容式传感器的应用项目，要求学生能够设计并实现一个基于电容式传感器的控制系统，考察学生的创新思维和工程实践能力。
五、教材参考1.《传感器技术与应用》（第3版），明山，高等教育出版社。
2.《电容式传感器技术与应用》（第2版），姚文奇，机械工业出版社。
传感器的课程设计
传感器的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解传感器的基本概念、原理及分类。
2. 学生能够掌握传感器在实际应用中的选用原则和使用方法。
3. 学生能够了解传感器在生活中的广泛应用及其重要性。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，正确组装、调试简单的传感器装置。
2. 学生能够运用传感器进行数据采集、处理和分析，解决实际问题。
3. 学生能够通过查阅资料、合作交流，提高传感器应用的创新能力和实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对传感器技术产生兴趣，培养主动探究科学技术的热情。
2. 学生通过学习传感器知识，认识到科技发展对社会进步的推动作用，增强社会责任感和使命感。
3. 学生在团队合作中，学会尊重他人、倾听意见、分享成果，培养良好的团队合作精神。
课程性质：本课程属于科学课程，以实践性和探究性为主要特点，旨在培养学生的动手能力、创新能力及科学素养。
学生特点：学生处于初中阶段，具有一定的物理基础，好奇心强，喜欢动手操作，但需引导培养合作意识和解决问题的能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践和合作交流，提高学生的科学素养和创新能力。
通过分解课程目标为具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 传感器的基本概念与原理- 传感器的定义、功能及分类- 常见传感器的原理介绍（如温度传感器、光敏传感器、声音传感器等）2. 传感器的选用与使用方法- 传感器的选用原则- 传感器连接电路的搭建与调试- 传感器在实际应用中的注意事项3. 传感器在生活中的应用案例- 自动门控制系统- 温湿度监测系统- 火灾报警系统4. 数据采集、处理与分析- 传感器数据采集的方法与设备- 数据处理与分析的基本步骤- 数据可视化展示5. 传感器创新实践- 设计简单的传感器应用项目- 制作传感器装置，解决实际问题- 团队合作、交流与分享教学内容安排与进度：第一课时：传感器基本概念与原理，介绍教材相关章节内容第二课时：传感器的选用与使用方法，结合教材实例进行分析第三课时：传感器在生活中的应用案例，参观或观看相关视频资料第四课时：数据采集、处理与分析，实践操作与讨论第五课时：传感器创新实践，分组进行项目设计与实施三、教学方法本课程将采用以下多元化的教学方法，以激发学生的学习兴趣，提高教学效果：1. 讲授法：教师通过生动的语言和形象的表达，讲解传感器的基本概念、原理、选用原则等理论知识，为学生奠定扎实的理论基础。
电容位移传感器课程设计
电容位移传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电容位移传感器的工作原理，掌握其基本构成和功能。
2. 学生能掌握电容位移传感器的应用范围，了解其在工程测量和自动控制领域的重要性。
3. 学生能描述电容位移传感器在测量过程中的精度和线性度特点。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，进行简单的电容位移传感器电路设计，并完成组装和调试。
2. 学生能通过实验操作，学会使用电容位移传感器进行距离测量，具备实际应用能力。
3. 学生能分析实验数据，评估电容位移传感器的性能，并提出改进措施。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习电容位移传感器，培养对传感器技术的兴趣，提高探索精神和创新意识。
2. 学生在团队协作中进行实验操作，培养沟通与协作能力，增强集体荣誉感。
3. 学生关注电容位移传感器在现实生活中的应用，认识到科技发展对人类生活的积极影响，树立正确的价值观。
课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，旨在让学生了解传感器技术在工程测量中的应用，提高学生的实践能力和创新能力。
学生特点：高二年级学生对物理知识有一定的基础，具有较强的逻辑思维能力和实验操作能力，对新技术和新设备充满好奇心。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生在实际应用中发现问题、解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 电容位移传感器基本原理：讲解电容位移传感器的工作原理，包括电容的基本概念、电容传感器测量位移的原理以及影响测量精度的因素。
教材章节：第五章“传感器”第2节“电容传感器”2. 电容位移传感器的结构及特点：介绍电容位移传感器的结构组成、性能指标（如线性度、灵敏度、分辨率等）及其在测量中的应用优势。
教材章节：第五章“传感器”第2节“电容传感器”3. 电容位移传感器电路设计：讲解电容位移传感器的典型电路设计方法，包括传感器信号放大、滤波和线性化处理等。
传感器相关的课程设计
传感器相关的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解传感器的定义、分类和工作原理，掌握常见传感器的特点及应用场景。
2. 使学生了解传感器在智能控制系统中的作用，掌握传感器信号的采集、处理和传输方法。
3. 帮助学生掌握传感器相关的基础电路，如信号放大、滤波和线性化等。
技能目标：1. 培养学生运用传感器进行数据采集和简单智能控制系统搭建的能力。
2. 培养学生分析传感器性能和选用合适传感器解决实际问题的能力。
3. 提高学生动手实践能力，学会使用传感器相关仪器和设备。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对传感器技术的兴趣和求知欲，激发创新意识。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论相结合。
3. 增强学生的团队合作意识，学会在团队中分工合作、共同解决问题。
课程性质：本课程为学科拓展课程，以实践为主，理论联系实际，注重培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生处于初中或高中阶段，具备一定的物理知识和实验技能，对新技术和新事物充满好奇。
教学要求：结合传感器技术发展趋势，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力，培养学生解决问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，充分调动学生的积极性，鼓励学生主动探究、创新实践。
通过本课程的学习，使学生能够掌握传感器相关知识，具备初步的智能控制系统设计能力。
二、教学内容1. 传感器基础知识- 传感器的定义、分类和工作原理- 常见传感器（如温度传感器、湿度传感器、光敏传感器等）的特点及应用场景2. 传感器在智能控制系统中的应用- 传感器信号采集、处理和传输方法- 传感器与微控制器的接口技术3. 传感器相关电路- 信号放大、滤波和线性化电路- 传感器信号处理电路的设计与搭建4. 实践操作- 使用传感器进行数据采集和简单智能控制系统搭建- 分析传感器性能，选用合适传感器解决实际问题5. 教学案例与拓展- 结合教材中的实例，进行传感器应用案例分析- 介绍传感器技术的发展趋势和新兴应用领域教学大纲安排：第一周：传感器基础知识学习第二周：常见传感器特点及应用场景分析第三周：传感器信号采集、处理和传输方法学习第四周：传感器相关电路设计与搭建第五周：实践操作（数据采集与智能控制系统搭建）第六周：教学案例与拓展，总结与反思教学内容与教材关联性：本教学内容与教材中传感器相关章节紧密关联，涵盖传感器的定义、分类、工作原理以及应用等方面，旨在帮助学生系统地掌握传感器知识，提高实际操作能力。
传感器的课课程设计
传感器的课课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握传感器的基本概念、原理和应用，能够理解不同类型传感器的特点和作用，并能够运用传感器进行简单的实验和应用设计。
具体来说，知识目标包括：1.了解传感器的基本概念、原理和分类。
2.掌握常见传感器的特点、工作原理和应用领域。
3.理解传感器在现代科技中的重要性及其发展趋势。
技能目标包括：1.能够运用传感器进行简单的实验和应用设计。
2.能够分析传感器输出信号的特点，并进行相应的处理和分析。
3.能够结合其他电子元件，设计简单的传感器应用系统。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生对科学探究的兴趣和热情，提高学生的创新意识。
2.培养学生团队合作精神，提高学生解决实际问题的能力。
3.培养学生关注现代科技发展，增强学生的社会责任感和使命感。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括传感器的基本概念、原理和分类，以及常见传感器的特点、工作原理和应用领域。
具体安排如下：1.传感器的基本概念、原理和分类：介绍传感器的定义、作用、基本原理和分类方法。
2.常见传感器的特点、工作原理和应用领域：介绍温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器等常见传感器的特点、工作原理和应用领域。
3.传感器在现代科技中的重要性及其发展趋势：分析传感器在现代科技中的重要作用，介绍传感器的发展趋势和前景。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：通过讲解传感器的基本概念、原理和分类，使学生掌握传感器的基本知识。
2.讨论法：学生分组讨论常见传感器的特点、工作原理和应用领域，促进学生思考和交流。
3.案例分析法：分析实际应用中的传感器案例，使学生更好地理解传感器的工作原理和应用价值。
4.实验法：安排学生进行传感器实验，培养学生的动手能力，提高学生对传感器应用的深入理解。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用符合教学目标的传感器教材，为学生提供系统、科学的学习材料。
传感器技术的课程设计
传感器技术的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解传感器的定义、分类和工作原理，掌握传感器在工程和日常生活中的应用。
2. 学生能够描述不同类型传感器的特点，例如温度传感器、压力传感器、光传感器等，并解释其工作过程。
3. 学生能够运用传感器的基本原理，分析简单电路中传感器的功能及相互协作的关系。
技能目标：1. 学生通过实验操作和数据分析，培养实际操作传感器和处理信息的能力。
2. 学生能够设计简单的传感器应用电路，解决实际问题，提升创新实践能力。
3. 学生通过小组合作，学会交流想法、分享信息，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习传感器技术，激发对物理科学的兴趣，培养探究精神和创新意识。
2. 学生能够在学习过程中认识到传感器技术对于社会发展的重要性，增强社会责任感和使命感。
3. 学生通过课程学习，培养细心观察生活、发现问题的习惯，形成科学、严谨的学习态度。
二、教学内容本课程以《物理》课本中传感器技术相关章节为基础，涵盖以下教学内容：1. 传感器技术概述：介绍传感器的定义、作用、分类和工作原理，结合实际案例展示传感器的应用领域。
2. 常见传感器及其特性：- 温度传感器：热敏电阻、热电偶等；- 压力传感器：应变片、硅压阻等；- 光传感器：光敏电阻、光电二极管等；- 其他传感器：湿度传感器、磁敏传感器等。
3. 传感器应用电路设计：- 简单传感器电路分析；- 传感器信号处理方法；- 结合实际问题，设计简单的传感器应用电路。
4. 传感器实验操作与数据分析：- 安排实验课程，让学生动手操作传感器；- 收集、整理和分析实验数据，培养学生实际操作能力和数据处理能力。
5. 传感器技术发展趋势与未来展望：- 介绍传感器技术的发展趋势；- 探讨传感器技术在未来各领域的应用前景。
教学内容安排和进度：第一课时：传感器技术概述；第二课时：常见传感器及其特性；第三课时：传感器应用电路设计；第四课时：传感器实验操作与数据分析；第五课时：传感器技术发展趋势与未来展望。
传感器课程设计教程
传感器课程设计教程一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握传感器的基本原理、常见传感器的特性和应用方法。
通过本课程的学习，学生应能理解传感器的概念，了解各种传感器的结构、工作原理和特性，掌握传感器的应用方法，能够根据实际需要选择合适的传感器，并能够对传感器系统进行简单的故障排除和维护。
具体来说，知识目标包括：1.理解传感器的概念和作用。
2.掌握常见传感器的结构、工作原理和特性。
3.了解传感器在自动化系统和智能化设备中的应用。
技能目标包括：1.能够使用传感器进行基本的数据采集和分析。
2.能够根据实际需要选择合适的传感器。
3.能够对传感器系统进行简单的故障排除和维护。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生对科学探究的兴趣和热情。
2.培养学生的问题解决能力和创新精神。
3.培养学生的团队合作意识和责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括传感器的基本原理、常见传感器的特性和应用方法。
具体的教学大纲如下：第1章传感器概述1.1 传感器的概念和作用1.2 传感器的分类和性能指标1.3 传感器的发展趋势第2章电阻式传感器2.1 应变片传感器2.2 热敏电阻传感器2.3 光敏电阻传感器第3章电容式传感器3.1 电容式传感器的原理和特性3.2 电容式传感器的应用第4章电感式传感器4.1 电感式传感器的原理和特性4.2 电感式传感器的应用第5章磁电式传感器5.1 霍尔传感器5.2 磁敏传感器第6章光电传感器6.1 光敏二极管传感器6.2 光电晶体管传感器6.3 光电耦合器传感器第7章超声波传感器7.1 超声波传感器的基本原理7.2 超声波传感器的应用第8章传感器系统的应用8.1 传感器在自动化系统中的应用8.2 传感器在智能化设备中的应用三、教学方法为了达到本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。
通过这些教学方法的综合运用，我们将能够更好地激发学生的学习兴趣，提高学生的主动性和参与度。
传感器课程设计20页
传感器课程设计20页一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握传感器的基本原理、性能和应用方法，培养学生动手能力和创新思维，提高学生对传感器技术的认识和理解。
知识目标：了解传感器的基本概念、分类和特性；掌握传感器的选型、安装和调试方法；了解传感器在自动化系统和智能制造中的应用。
技能目标：能够根据实际需求选择合适的传感器，进行电路设计和系统集成；能够使用传感器进行数据采集和分析，解决实际问题。
情感态度价值观目标：培养学生对科技创新的兴趣和热情，提高学生责任感和社会使命感，使学生认识到传感器技术在现代社会中的重要性。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括传感器的基本原理、性能参数和应用领域。
1.传感器的基本原理：电阻式、电容式、电感式、霍尔效应、光电效应等传感器的原理和特点。
2.传感器的性能参数：灵敏度、迟滞、重复性、线性度、分辨力等参数的定义和计算。
3.传感器的应用领域：工业自动化、智能交通、生物医学、环境监测等领域的传感器应用案例。
4.传感器选型、安装和调试：根据实际需求选择合适的传感器，了解传感器的安装和调试方法。
5.传感器与微处理器的接口技术：了解传感器与微处理器的接口方式，掌握接口电路的设计方法。
三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等多种教学方法。
1.讲授法：通过教师讲解，使学生掌握传感器的基本原理和性能参数。
2.讨论法：引导学生参与课堂讨论，提高学生对传感器应用案例的分析和评价能力。
3.案例分析法：分析实际应用案例，使学生了解传感器在各个领域的应用，提高学生的实践能力。
4.实验法：学生进行实验，使学生掌握传感器的选型、安装和调试方法，培养学生的动手能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
1.教材：选用国内权威出版社出版的传感器教材，保证课程内容的科学性和系统性。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作PPT、视频等多媒体资料，提高课堂教学效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
燕山大学课程设计说明书题目：电容式纸张厚度传感器的设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 09级仪表一班学号：学生姓名：指导教师：**教师职称：副教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
燕山大学课程设计评审意见表摘要第一章绪论。
介绍测厚传感器检测技术的发展概况及本课题研究的背景、目的和研究的主要内容。
第二章电容传感器的结构设计。
从电容传感器的基本工作原理出发，分析其用于测厚方面的优缺点，并结合有限元分析软件及电容精确计算公式对传感器的边缘效应做深入研究，对传感器的结构进行优化设计，研制出具有新型结构的电容传感器。
第三章基于电容传感器的测厚系统电路设计。
对测厚系统的整体设计方案做详细阐述，分析电容传感器的等效电路，估算出合适的工作频率范围，并对检测电路的各组成部分分别进行说明和设计。
第四章虚拟仪器技术在电容测厚系统中的应用。
根据虚拟仪器技术的应用及特点，选用LABVIEW 作为开发平台，在相应的硬件基础之上，完成数据采集，虚拟仪器面板开发及用户应用程序的创建。
第五章实验与结果分析。
通过样机空载及云母纸测厚实验，得到样机各项性能指标，并对测量误差进行分析。
第六章全文总结及展望。
对虚拟电容测厚系统的研制工作进行总结，针对不足提出一些设想。
2 电容传感器的结构设计2.1 电容传感器的工作原理及类型电容传感器是将被测非电量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
实际上，它本身（或和被测物）就是一个具有可变参数的电容器。
在大多数场合，电容器由两平行极板以及中间的电介质组成，当不考虑边缘效应时，其电容量为（2-1）式中，C：两极板间的电容（F）；ε：真空介电常数，为8.854×10-12（F/m），空气的介电常数与真空近似；ε：极板之间介质的相对介电常数；rs：极板的有效面积（m2）；d：两极板间距（m）。
ε发生变化时，电容量C 也就随之改当被测量的变化能使式中d，S 或r变，再通过一定的测量电路将其转化为电压、电流或频率等电信号输出，即可根据输出的电信号判定被测物理量的大小，这也是电容传感器的基本工作原理。
ε中的两个参数保持不变，而改变其中一个来实际应用中，常使d、S、r使电容发生变化。
于是，电容传感器根据参数变化的不同，分为三种基本类型，即改变极距型，改变面积型和改变介质型。
1．改变极距型电容传感器改变极距型电容传感器适用于测量微小的线位移，图2-1 为这种类型的结构原理图。
当可动极板随被测量变化而上下移动时，两极板间距变化，从而改变了电容量。
若间距减小Δd，则电容增量为电容相对增量为可见，输出电容的相对变化与输入位移变化是非线性关系。
为了减小非线性，提高灵敏度，一般采用差动式结构。
2．改变面积型电容传感器改变面积型电容传感器适用于测量角位移或较大的线位移，图2-2 是这种类型的结构原理图。
图中，1 均为固定极板，2 为动极板。
图2-2（a）是线位移式，设两极板间初始遮盖面积为s0(s0=ab)，当其中一个极板沿水平方向移动x 时，极板有效面积就发生变化，则电容量变化为图2-2（b）是角位移式，设初始时两极板遮盖角度为π（相对角位移为0），遮盖面积为s，当其中一个极板转动θ角时，则极板间的电容量变化为由式（2-4）和式（2-5）很容易看出，改变面积式电容传感器的输出特性是线性的，灵敏度为常数。
3．改变介质型电容传感器改变介质型电容传感器用于测量电介质的厚度、位移、液位，还可根据极间介质的介电常数的变化来测量温度、湿度、容量等。
这种变介质型电容传感器的结构形式很多，图2-3 为检测电介质厚度的结构原理图。
ε。
如果极板间的其它介质是图中待测物的厚度为x，相对介电常数为xε的空气，此时总的电容量可写为介电常数为若厚度变化Δx，则电容变化ΔCx，那么可以推导得到电容相对变化量为其中，式（2-7）与式（2-3）的形式相同，只是多了一个随(d −x) x 变化而变化的系数Nx， (d −x) x 越小，则Nx 越大，传感器的灵敏度也愈大，但非线性越严重。
由式（2-6）可见，当传感器面积s 和间距d 一定，x ε也不变时，电容只随电介质厚度x 变化而变化，且x 与电容的倒数成线性关系。
若经过一定的测量电路，将电容变化量转换成易于处理的电压、电流等电量变化，获得x 与电量之间的关系，电介质厚度的测量就可以实现了。
2.2 电容传感器在测厚方面的优缺点分析电容传感器是用于非电量测量的三种经典式传感器之一，它用于介质厚度的测量时，具有如下优点:1. 机械结构简单。
可以不用有机材料和磁性材料构成，能经受相当大的温度变化及各种辐射作用，因而可以在温度较高，有各种辐射等恶劣环境下工作。
2. 易于实现非接触式测量。
以极板间的电场力代替了测量头与被测物的表面接触，由于电场力极其微弱，不会产生迟滞和变形，消除了接触式测量由于表面应力给测量带来的不利影响。
3. 动态响应速度快。
系统固有频率高，可以直接用于某些生产线上的动态测量。
4. 灵敏度高。
如果再采用现代化精密测量方法，就能测量电容纸的710 的变化量。
又因为极间的电磁吸引力十分微小，输入能量低，从而保证了比较高的测量精度。
然而，电容传感器也有其自身的缺点，所以它的使用受到一定限制，主要原因有：1. 输出阻抗高，负载能力差。
电容量受电极的几何尺寸等限制，一般为几个皮法到几百皮法，使传感器的输出阻抗很高，易受外界干扰而产生不稳定现象，所以设计时必须采取屏蔽等措施。
2. 寄生电容影响大。
因为传感器的初始电容量小，而电子线路的杂散电容、引线电缆电容以及传感器内极板与其周围导体构成的电容等所谓“寄生电容”却较大，影响测量精度和灵敏度。
所以在传感器结构设计以及检测电路中都应采取相应措施给予减少或消除。
3. 量程较小。
由于传感器是依靠极板之间的间隙进行工作的，而间隙不可能做得太大，则量程受到限制。
在测量电介质厚度时，需要根据实际情况恰当选取极板的间距。
4. 边缘效应的影响。
前面一些公式的推导都是在假设极板面积无限大而忽略边缘效应的情况下给出的，实际上极板面积不可能无限大，边缘效应会使传感器灵敏度降低而且产生非线性，因而边缘效应是设计电容传感器时不容忽视的一个重要因素。
下面将对边缘效应做进一步讨论。
2.3 电容传感器的边缘效应研究电容传感器的边缘效应是指两平行金属极板的面积不是无限大时，边缘会存在发散电场，该发散电场形成附加电容，则实际电容量大于式（2-1）的计算值。
为能找到减小或消除边缘效应的方法，本文通过查阅资料，最后提出减少边缘效应的几项措施。
（1）由边缘效应所形成的附加电容量相当大，不能忽略；（2）随着两极板间的距离d 增大，ΔC/C0 明显增加，即误差随极板间距的增加而显著增大；（3）极板厚度h 减小时，ΔC/C0 减小，但没有极板间距改变引起的变化明显。
综上所述，对电容传感器进行结构设计时，需要考虑到边缘效应的影响，根据以上分析，为减少边缘效应的影响，提高测量精度，在设计传感器结构参数时，应遵循以下几点：1. 在传感器体积大小允许的情况下，尽量增大传感器的有效面积，即增大半径。
2. 测量介质厚度时，尽量减少极板间距；间距一定时，在加工工艺允许前提下将极板做得尽量薄，可以采用涂敷式技术，但成本会相应增加。
3 基于电容传感器的测厚系统信号转换电路电容传感器中电容值以及电容变化量都十分微小，不便于传输或显示，必须借助于转换电路将被测量引起的电容变化转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。
目前，常用的方法归纳起来主要有[20]-[25]：调频法、充放电法（包括双T型二极管交流电桥电路、脉冲宽度调制电路）、调幅法（包括电桥电路、运算放大器式电路）。
下面简要分析并比较各种电路的工作原理和应用情况，确定本文测厚系统的信号转换电路。
1．调频法调频法测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，振荡器的振荡频率随电容量的变化而变化。
这种电路虽然可将频率作为测量系统的输出量，但此时系统是非线性的，不易校正，需加入鉴频器，将频率的变化转换为振幅的变化，然后经过放大用仪器指示或记录仪记录下来。
调频测量电路原理框图如图3-1所示。
图3-1 调频测量电路原理框图图3-1中，L为振荡回路的电感；C为振荡回路的总电容，包括振荡回路的固有电容C1，传感器引线分布电容C2，以及传感器电容C0±ΔC。
调谐振荡器的振荡频率f为这种电路灵敏度高，频率输出易于数字化处理，但需采取稳频措施以及宽带高精度电路配合，输出非线性也较大，实际电路比图3-1复杂，分布电容难以消除，不适于变间距式或检测薄型非金属材料厚度的高精度电容传感器的设计。
2．充放电法利用电容充放电原理组成的转换电路，主要包括双T二极管交流电桥电路以及脉冲宽度调制电路。
图3-5为双T二极管交流电桥电路的原理图。
其中，Ùi表示幅值为U i，频率为f的对称方波的高频电源电压，D1和D2为两只特性相同的理想二极管，固定电阻R1=R2=R，C1和C2为差动电容传感器的电容，R f为负载电阻(或仪器仪表的输入电阻)。
这种交流电桥电路输出电压高，1千欧负载电阻信号上升时间为20μs左右，能应用于高速机械量的测量。
但电源的幅度、频率都需要稳定，且用于非金属材料厚度测量时，非线性误差大，分布电容也无法消除。
图3-2 双T二极管交流电桥电路图3-3 脉冲宽度调制电路图3-3为脉冲宽度调制电路。
该电路由比较器A1、A2，双稳态触发器及电容充放电回路组成。
U r为比较器的参考电压，C1、C2为传感器的差动电容，双稳态触发器的两个输出端用作线路输出。
这种脉冲宽度调制电路，只需要电压稳定度较高的直流电源，比其他测量电路中需要高稳定度交流电源易于实现；不需附加解调器，只要经低通滤波器就能获得直流输出。
但不论对于改变面积型或变间距型，只有连接成差动形式，变化量与输出量才成线性关系，且由于结构本身特性的限制，很难做到较高的灵敏度。
3．调幅法调幅法转换电路主要有电桥电路和运算放大器式电路。
电桥电路是将电容传感器接入交流电桥作为电桥的一个臂（另一个臂为固定电容）或两个相邻臂，另外两个臂可以是电阻，也可以是变压器的两个二次线圈。
当传感器是差动情况下，可以得到输出与输入的线性关系，但在单电容情况下不成线性关系，其电路图略。
图3-4 电容运算放大器式电路原理图运算放大器式电路原理图如图3-7 所示。
C s 为标准耦合电容，C x 为传感器电容，输入的交流电源电压用i U •表示，输出的调幅电压信号用0•U 表示。
由运算放大器的工作原理可知，在开环放大倍数A 和输入阻抗较大的理想情况下式中“－”号表示输出电压与输入电压的相位相反，若传感器之间电介质为空气，则C =0εs /d ，代入上式取有效值得这样，通过反馈运算方法，将C x ～d 的非线性关系，变成了U 0～d 的线性关系。