式中a為極板之間的間隙;L為極板長(zhǎng)度;x為沿極板寬度方向的變量;ΔX為寬度變化增量 ;εx為被測(cè)物介電常數(shù),X從0到b/2(b為單塊極板寬度)積分,再乘2,再乘極板對(duì)數(shù),得總電容量:
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式中K0為實(shí)際情況對(duì)上述假設(shè)情況的一個(gè)修正,同時(shí)包含極板的并聯(lián)對(duì)數(shù)(圖中為三對(duì))。由此可知:被測(cè)物的組成成分變化能引起總介電常數(shù)εx的變化,輸出電容值Cx亦隨之變化,間接測(cè)定物料某特定成分;若被測(cè)物是介于導(dǎo)體與絕緣體之間,Cx還要并聯(lián)C+Rx(圖2b)。其中C>>Cx是極板絕緣薄膜(如漆)兩邊面積之間的電容值,Rx為被測(cè)物在傳感器極板之間的電阻:Rx=1/Sx,在此Sx是極板間電導(dǎo),微小極板面積增量(ΔF=LΔx)上的電導(dǎo)ΔSx=Δ(1/Rx),亦可近似表為:
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式中σx為被測(cè)物的電導(dǎo)率,Sx隨σx變化。?
??? 電流流過(guò)圖2b電路,其瞬間電流與電壓關(guān)系為:
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??? 式中U(s)和I(s)為拉氏運(yùn)算子電壓與電流;Zx(s)為拉式運(yùn)算子總阻抗;1/SC為運(yùn)算子容抗,引入運(yùn)算子阻抗Z,容抗1/SC與感抗SL之后,電路的微分方程變?yōu)榇鷶?shù)方程,電路的分析類似于直流電路;只當(dāng)電信號(hào)為穩(wěn)定的正弦波(或余弦波)時(shí),式中的S=jω為虛數(shù),感抗與容抗才變?yōu)閖ωL與1/jωC;電壓與電流才變?yōu)榻涣饔行щ妷号c有效電流,它類似于富里埃變換,所以圖2b敏感輸出可表示為電容性運(yùn)算子阻抗Zx:
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若被測(cè)物為良導(dǎo)體,Zx便為Cx1與Cx2串聯(lián)值(圖2c)。Cx1為傳感器的左邊極板與被測(cè)物間的絕緣漆與空氣隙為中間介質(zhì)的電容量;Cx2為右邊的電容量。Cx1與Cx2隨極板與被測(cè)物之間的耦合面積及空氣隙的大小而變化。由上可知:Zx隨被測(cè)物εx、Sx、微小空氣隙δx、耦合面積Fx等變化而變化。若被測(cè)物厚度<20~25mm,還與厚度有關(guān)。?
??? 圖3a的Zx/fx變換輸出:fx≈1/(2RZx),脈沖占空因素由W調(diào)整;圖3b用集成時(shí)基電路組成,輸出fx與負(fù)脈沖寬度T1為:
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