电容传感器 ①电容式传感透振述 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容量的一种传感器。具有结构简 单、分辨力高、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈爱动等恶劣条件下工作等 优点。 随着集成电路技术和计算机技术的发展，有利于电容式传感器的扬长避短，是 一种很有发展前途的传感器， ②蒸本工作原坦 C=EAtA 电容传感器的琴本公式： c:电容极版间介质的介电常数，c=0·cr,【0为真空介电常数，er为 极板间介质相对介电常数 A:两平行板所覆盖的面积：d:两平行板之间的距离。 自8、A或。发生变化时，都会引起电容的变化， 山国定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器：变极距型、变面机 型和变介电常数型。 8 圆电容式传感器的结构类型
电容传感器 ① 电容式传感器概述 电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容量的一种传感器。具有结构简 单、分辨力高、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条件下工作等 优点。 随着集成电路技术和计算机技术的发展，有利于电容式传感器的扬长避短，是 一种很有发展前途的传感器。 ② 基本工作原理 电容传感器的基本公式 ： ε：电容极板间介质的介电常数，ε=ε0·εr，ε0 为真空介电常数，εr 为 极板间介质相对介电常数； A：两平行板所覆盖的面积；d：两平行板之间的距离。 üδ、A 或 ε 发生变化时，都会引起电容的变化。 ü 固定三个参量中的两个，可以做成三种类型的电容传感器：变极距型、变面积 型和变介电常数型。 ③ 电容式传感器的结构类型
(c) 4 U (k) 变极距(6》型：(a,(e) 变面积型()型：)、(c)、(d,().g》(h) 变介电常数(。)型：(i)一(1) (1)变极距亚电容传感题
变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(A)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数(ε )型: (i)～(l) (1) 变极距型电容传感器
平 (2)变面积型电容传感番 角位移：极版2的轴由被测物体带动而旋转一个角位移0度时，两极板的意盖 面积A!→电容量！。 板状线位移：极板2可以左右移动。极板1固定不动。 箭形：外圆筒不动，内圆筒在外筒内作上、下直线运动。 完业积型电存饰三器 变积型电容传葛器 安士积壶电容佛感器 1围立得纸？动格版 1固定极板2时极板 1周定服板2动核质 (3)变介电常数型电容传移器 因为各种介质的相对介电常数不同。所以在电容器两极板间插入不月介质时， 电容器的电容量也就不同。这种传感器可用来测量物位或液位，也可测量位移。 表1几种介质的相对介电常数 介质名称 相对介电常数下 介质名称 相对介电常数r 真空 1 玻璃釉 3^5
(2) 变面积型电容传感器 角位移：极板 2 的轴由被测物体带动而旋转一个角位移 θ 度时，两极板的遮盖 面积 A↓→电容量↓。 板状线位移：极板 2 可以左右移动。极板 1 固定不动。 筒形：外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、下直线运动。 (3) 变介电常数型电容传感器 因为各种介质的相对介电常数不同，所以在电容器两极板间插入不同介质时， 电容器的电容量也就不同。这种传感器可用来测量物位或液位，也可测量位移。 表 1 几种介质的相对介电常数 介质名称 相对介电常数 εr 介质名称 相对介电常数 εr 真空 1 玻璃釉 3~5
空气 略微)] 二氧化硅 38 其他气体 11.2 云母 58 变压器油 24 干的纸 24 硅油 2^3.5 干的容物 3^5 聚丙烯 22.2 环氧树脂 310 聚笨乙烯 2.42.6 高频瓷 10160 素四氟乙烯 2.0 低频陶瓷、压电陶宽 100010000 聚偏二氟乙烯 35 纯净的水 80 ④电容式传感器的应用 电容式传感器不但广泛用于位移、叛动、角皮、如速度等机械量的精密测量， 而且还逐步地扩大到用于压力、差压，液位、物位或成份含量等方面的测量。 注：瓶动滚动条，查看各种应用图片 电容式自平衡液良测量仪 自诗平衡电板找路
空气 略微>1 二氧化硅 38 其他气体 1~1.2 云母 5~8 变压器油 2~4 干的纸 2~4 硅油 2~3.5 干的谷物 3~5 聚丙烯 2~2.2 环氧树脂 3~10 聚苯乙烯 2.4~2.6 高频陶瓷 10~160 聚四氟乙烯 2.0 低频陶瓷、压电陶瓷 1000~10000 聚偏二氟乙烯 3~5 纯净的水 80 ④ 电容式传感器的应用 电容式传感器不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量， 而且还逐步地扩大到用于压力、差压、液位、物位或成份含量等方面的测量。 注：拖动滚动条，查看各种应用图片
电容式液位计 棒状电极（金属管）外面 包裹聚四氟乙烯套管，当被测 液体的液面上升时，引起棒状 电极与导电液体之间的电容变 化 聚四复乙烯外套 电容传声器 电容传声器
住极体电容传声器 它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片，这种材 料经特殊电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取 代了电容传声福极板，被名为驻极体电容传声器 特点是体积小，性能优越，使用方便 电容式接近开关 测量头构成电容器的一 个极板。另一个极板是 物体本身，当物体移向 接近开关时，物体和接 近开美的介电常数发生 变化，使得和测量头相 连的电培状商也随之发 生变化由此便可控制开 美的接通和美断：接近开 美的恰测物体，并不限 于金属导体，也可以是 绝缘的液体或粉状物体
硅微加工加速度传感器 加速度传感器以微烟加 工技术为基秘，航能测量变 变加速度（振动），也可测 量惯性力或重力加选度。其 工作电压为2.7-5.25V.加 速度测量范围为数个9，可输 出与加速度成正比的电压也 可输出占空比正比干加速度 0 的PWM脉冲 5 0经15 微加工三轴加速度传感器 技术指标： 灵敏度：500mV/g 量程：10g 频率范国：0.5-2000Hz 安装谐振点：8kH2 分拆力：0.00004g 重量：200g 安装螺蚊：M5mm 线性误若：≤1%
电容式压差变送器 低压侧 进气口 电子线 路位置 高压侧 进气可 内部不锈钢膜片的位置 差压节流式流量计 卡门测街流量计演示 th 气体或液体管道 及锅流发生锥体
指纹识别 指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称 为第二代指纹识别系统。它的优点是体积小、成 木低。成像精度高，而且耗 电星很小，因此非常适合 在消费类电子产品中使用 右图为指纹经过处理后的 成像图： 固应用中的注意事项 (1)克服寄生电容的影响 电容式传感署由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小(F到几十F),属于 小功率、高阻抗墨件，因此极易外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具 有随机性的电烫寄生电容的干扰。它与传感器电容相并联，严重影响感器的输出特 性，甚至会淹没有用信号而不能使用。消灭寄生电容影响，是电容式传感器实用的 关键。 (2)克服边峰效应的影响 实际上当极版厚度山与侵距后之比相对较大时，边锋效 应的影响健不能忽略：边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低，面且产生非线性。 (3)克服静电引力的影响 电容式传多器两极版间因存在静电场，而作用有静电明力或力矩。静电引力的 大小与极板间的工作电压、介电常数、极间距离有关。通常这种静电引力很小，但 在采用推动力很小的弹性敏感元件情况下，策考虑因静电明力造成的测量误差。 (4)温度影响 环境温度的变化将改变电容传感器的输出相对被测输入量的单值函数关系，从 而引入温度干扰误差。温度影响主要包括温度对结构尺寸和对介质的影响两方面
⑤ 应用中的注意事项 (1) 克服寄生电容的影响 电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小(pF 到几十 pF)，属于 小功率、高阻抗器件，因此极易外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具 有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响感器的输出特 性，甚至会淹没有用信号而不能使用。消灭寄生电容影响，是电容式传感器实用的 关键。 (2) 克服边缘效应的影响 实际上当极板厚度 h 与极距 δ 之比相对较大时，边缘效 应的影响就不能忽略；边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低，而且产生非线性。 (3) 克服静电引力的影响 电容式传感器两极板间因存在静电场，而作用有静电引力或力矩。静电引力的 大小与极板间的工作电压、介电常数、极间距离有关。通常这种静电引力很小，但 在采用推动力很小的弹性敏感元件情况下，须考虑因静电引力造成的测量误差。 (4) 温度影响 环境温度的变化将改变电容传感器的输出相对被测输入量的单值函数关系，从 而引入温度干扰误差。温度影响主要包括温度对结构尺寸和对介质的影响两方面
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