第四章电容式传感器 基本要求：掌握电容式传感器的种类、 结构形式、工作原理与转换电路；了解电 容传感器的应用范围和使用方法。 iDcd硬用电容屏幕 你懂的。 摸屏网 uch.com
第四章 电容式传感器 基本要求：掌握电容式传感器的种类、 结构形式、工作原理与转换电路；了解电 容传感器的应用范围和使用方法
>如何区分电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手机 。 方法一：支持多点触摸的必然是电容屏手机。（由于多 点触摸需要系统软件的支持，所以不支持多点触摸的也 有可能还是电容屏。 方法二：有触摸笔的必定是是电阻屏手机 。 方法三：用指甲可以触控的是电阻屏手机。 外层T0 内 re 防利塑料层 手指触摸拉置 电运合 电分瓶 驱动电级 收电 四
¾ 如何区分电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手机 如何区分电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手机 • 方法一：支持多点触摸的必然是电容屏手机。（由于多 点触摸需要系统软件的支持，所以不支持多点触摸的也 有可能还是电容屏。 • 方法二：有触摸笔的必定是是电阻屏手机 • 方法三：用指甲可以触控的是电阻屏手机
>如何区分电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手 机 ·电容屏触控工作方式：其触摸屏由一块四层复合玻璃屏 构成，并在表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。 当手指触摸在触摸屏上时，由于人体电场和触摸屏表面 形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接 导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。 。 这个电流分别从触摸屏四角上的 电极中流出，并且流经这四个电 极的电流与手指到四角的距离成 正比，控制器通过对这四个电流 电介地 比例的精确计算，得出触摸点的 接收电极 位置信息
¾ 如何区分电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手 如何区分电容屏屏幕手机和电阻屏屏幕手 机 • 电容屏触控工作方式：其触摸屏由一块四层复合玻璃屏 构成，并在表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。 • 当手指触摸在触摸屏上时，由于人体电场和触摸屏表面 形成以一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接 导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。 • 这个电流分别从触摸屏四角上的 电极中流出，并且流经这四个电 极的电流与手指到四角的距离成 正比，控制器通过对这四个电流 比例的精确计算，得出触摸点的 位置信息
>如何区分电容屏屏幕手机 和电阻屏屏幕手机 电阻屏触控工作方式：电阻触摸屏的屏体是一块多层复合薄 膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层导电层 (ITO膜)，上面再盖有一层经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。 它的内表面也涂有一层IT0,在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开。 当手指接触屏幕时，两层ITO发生接触，电阻发生变化，在X 和Y两个方向上产生信号，控制器根据检测到的电阻变化来计 算接触点的XY坐标，再依照这个坐标来进行相应的操作； 因此这种技术必须是要使用硬物施力到屏幕上，才能获得触 控效果。 电容屏较电阻屏的优势在于，电容屏是人体静电驱动原理，电阻屏是作用力驱动原理
• 电阻屏触控工作方式：电阻触摸屏的屏体是一块多层复合薄 膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层导电层 (ITO膜)，上面再盖有一层经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。 • 它的内表面也涂有一层ITO，在两层导电层之间有许多细小 (小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开。 • 当手指接触屏幕时，两层ITO发生接触，电阻发生变化，在X 和Y两个方向上产生信号，控制器根据检测到的电阻变化来计 算接触点的XY坐标，再依照这个坐标来进行相应的操作； • 因此这种技术必须是要使用硬物施力到屏幕上，才能获得触 控效果。 电容屏较电阻屏的优势在于，电容屏是人体静电驱动原理，电阻屏是作用力驱动原理 ¾ 如何区分电容屏屏幕手机 如何区分电容屏屏幕手机 和电阻屏屏幕手机 和电阻屏屏幕手机
>利用电容器的原理，将非电量转换成电容量，进而实现非电量到 电量的转化的器件或装置，称为电容式传感器。 >这种传感器具有结构简单、体积小、灵敏度高、动态响应特性好、 温度稳定性好、适应性强、电容量小、负载能力差、抗过载能力大 及价格便宜等一系列优点。 >不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测 量，而且还逐步地扩大，应用于压力、液面、料面、成分含量等方 面的测量。 非 电容式传感器 量 电容变化
电容式传感器 电容式传感器 非电量非电量 电容变化电容变化 ¾利用电容器的原理，将非电量转换成电容量 的原理，将非电量转换成电容量,进而实现非电量到 进而实现非电量到 电量的转化的器件或装置，称为 电量的转化的器件或装置，称为电容式传感器。 ¾这种传感器具有结构简单、体积小、灵敏度高、动态响应特性好、 这种传感器具有结构简单、体积小、灵敏度高、动态响应特性好、 温度稳定性好、适应性强、电容量小、负载能力差、抗过载能力大 温度稳定性好、适应性强、电容量小、负载能力差、抗过载能力大 及价格便宜等一系列优点。 及价格便宜等一系列优点。 ¾不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测 不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测 量，而且还逐步地扩大，应用于压力、液面、料面、成分含量等方 量，而且还逐步地扩大，应用于压力、液面、料面、成分含量等方 面的测量
回顾：电容相关知识 平行板电容器 C=aS/d 2πL 圆柱形电容器 L: 内外圆柱相互覆盖部分的长 In(R/r) 度 r、R:内外圆柱的半径 电容器的并联 C=C,+C,+. 电容器的串联
回顾：电容相关知识 平行板电容器 C = εS / d 电容器的并联 C = C1 + C2 + " 电容器的串联 = + + " 1 2 1 1 1 C C C 圆柱形电容器 ln( / ) 2 R r L C πε = L：内外圆柱相互覆盖部分的长 度 r 、 R：内外圆柱的半径
第一节电容式传感器的工作原理与类型 一、工作原理 用两块金属平板作电极可构成电容器，当忽略边缘效 应时，其电容C为 E,E0 S d Q S一极板相对覆盖面积； d一极板间距离；e一相对介电常数； e0一真空介电常数， en=8.85pF/m; e一电容极板间介质的介电常数。 d、S和e,中的某一项或几项有变化时，就改变了电容 Co;d或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可 以间接反映压力、加速度等的变化；e的变化则可反映 液面高度、材料厚度等的变化
一、工作原理 用两块金属平板作电极可构成电容器，当忽略边缘效 应时，其电容C为 S—极板相对覆盖面积； d—极板间距离；εr—相对介电常数； ε0 —真空介电常数，ε0 ＝8.85pF/m； ε —电容极板间介质的介电常数。 d、S和εr中的某一项或几项有变化时，就改变了电容 C0; d或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可 以间接反映压力、加速度等的变化；εr的变化则可反映 液面高度、材料厚度等的变化。 S d ε r 0 S S C d d ε ε ε = = 第一节 电容式传感器的工作原理与类型
二、类型 三种基本类型： ●变极距（变间隙）(d型 ●变面积型(S)型 ●变介电常数(e型 电容式传感器的三种基本结构形式： ●位移：线位移和角位移两种。 ●极板形状：平板或圆板形和圆柱（圆筒）形，虽还有球 面形和锯齿形等其他的形状，但一般很少用。 其中差动式一般优于单组（单边）式的传感器。它灵 敏度高、线性范围宽、稳定性高
二、类型 三种基本类型： z变极距(变间隙)(d)型 z变面积型(S)型 z变介电常数(εr)型 电容式传感器的三种基本结构形式: z位移：线位移和角位移两种。 z极板形状：平板或圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球 面形和锯齿形等其他的形状，但一般很少用。 其中差动式一般优于单组（单边）式的传感器。它灵 敏度高、线性范围宽、稳定性高
1、变面积型电容传感器 变面积型电容传感器中，平板形结构对极距变化 特别敏感，测量精度受到影响。而圆柱形结构受极板 径向变化的影响很小，成为实际中最常采用的结构， 其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为 2π8：1 In(r / 一外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； 21一圆筒内半径和内圆柱外半径。 当两圆筒相对移动△时，电容变化量△C为 2nal 2元(l-△) △C In(r/)In(r,/In(r,/ 这类传感器具有良好的线性，大多用来检测位移等参数
1、变面积型电容传感器 变面积型电容传感器中，平板形结构对极距变化 特别敏感，测量精度受到影响。而圆柱形结构受极板 径向变化的影响很小，成为实际中最常采用的结构， 其中线位移单组式的电容量 C在忽略边缘效应时为 l—外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； r2 、 r1 —圆筒内半径和内圆柱外半径。 当两圆筒相对移动Δ l时，电容变化量Δ C 为 ln( / ) 2 2 1 r r l C ⋅ = πε l l C r r l r r l l r r l C ∆ = ∆ = − ∆ ∆ = − 0 2 1 2 1 2 1 ln( / ) 2 ln( / ) 2 ( ) ln( / ) 2 πε πε πε 这类传感器具有良好的线性,大多用来检测位移等参数
2、变极距型电容传感器 图中极板1固定不动，极板2为可动电极（动片）， 当动片随被测量变化而移动时，使两极板间距变化， 从而使电容量产生变化，其电容变化量△C为 ES cSeS△d △d d-△d ddd-△d od-△d C。一极距为时的初始电容量。 该类型电容式传感 器存在着原理非线性， 所以实际应用中，为了 改善非线性、提高灵敏 度和减小外界因素（如电 源电压、环境温度)的影 变极距型电容传感器 响，常常作成差动式结 构或采用适当的测量电 C-d特性曲线 路来改善其非线性
2、变极距型电容传感器 图中极板 1固定不动，极板 2为可动电极 (动片 ) ， 当动片随被测量变化而移动时，使两极板间距变化， 从而使电容量产生变化 ，其电容变化量Δ C 为 d 2 变极距型电容传感器 1 该类型电容式传感 器存在着原理非线性， 所以实际应用中，为了 改善非线性、提高灵敏 度和减小外界因素(如电 源电压、环境温度)的影 响，常常作成差动式结 构或采用适当的测量电 路来改善其非线性。 C d C 0 C- 特性曲线 d C 0 —极距为时的初始电容量。 0 S SSd d C C d d d dd d d d ε ε ε ∆ ∆ ∆= − = = − ∆ −∆ −∆