电容式传感器的测量电路和应用

2.2.2 电容式传感器
电容式液位传感器的外形图，主要有棒式和缆式两种 传 感 器 原 理 及 应 用
电容式液位传感器的外形图
模块二 力敏传感器及其应用 2.2.2 电容式传感器
传
感 器 原 理 及 应 用
电容式液位传感器不仅能测量腐 蚀性液体，还能测量粉尘和固体颗粒， 可用于制药、化工、食品等行业。如 啤酒罐装机酒位测控、奶制品生产线 液位测控、制药厂反应罐、油箱液位 测量等。
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传 感
学习目标： 使学生了解电容式传感器的工作原理、
器 测量电路及应用电路。
原 理 及
学习重点： （1）电容式传感器的工作原理；
应 （2）电容式传感器的测量电路和应用。
用 学习难点：
电容式传感器的测量电路和应用。
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传 ＊应用：
感
器
各种汽车、飞机的仪表盘上都有
原 油箱油量的指示表，它是驾驶员要掌
理 握的重要参数之一——检测油箱液位 及 的高低 。
应
用
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电容式力敏传感器
传 感 器 原 理 及 应 用
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电容式力敏传感器
选用带同轴接地管全绝缘探头。
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传 感 器 棒状电极（金属管）外面包裹聚四 原 氟乙烯套管，当被测液体的液面上 理 升时，引起棒状电极与导电液体之 及 间的电容变化。 应 用
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传 感 器 原 理 及 应 用
及 恶劣的环境下使用等优点，但它具有分布电容影响严重
应 的缺点。
用
在位移、压力、液位等物理量测量中得到广泛应用。
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电容式传感器的工作原理
传
感
平板式电容器的电容量：
器 原 理 及

C A
d
A为两极板相互覆盖的有效面 积；d为两极板间的距离； 为极板间介质的介电常数。
生产中电容式液位传感器
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采用VG4620的 传 液面报警控制电 感路 器 原 VG4620是一种单 理 片式液面报警控 及 制集成电路，双 应 列直插8脚封装。
用
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感
接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相
器
连的电路状态也随之发生变化.接近开关的检测物
原
体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或
理
粉状物体
及
应
被测物体
感应电极
用
振荡电
路
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传
运动放大器式测量电路：
感
器 原 理 及
u0


c0 cx
ui
应
用
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+
A
+
变间隙式（或变极距式）
应
+
用
变面积式
d
变介电常数式
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传 感 器 原 理 及 应 用
各种电容式传感器的结构示意图 变极距(δ)型：(a)、(e)；变面积(S)型：(b)、(c)、(d)、(f)、(g)、（h）；
变介电常数(ε)型：（i）～（l）
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一、变间隙式电容传感器
传
感
器
原
d
d 取值不能大，否 则将降低灵敏度, 实际应用常采用
差动式结构
理
Δd
及
应 用 电容变化量为：
A A
d
C C C0 d d d C0 d d
电容变化量与极距d成非线性关系
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差动式结构优点：
传
1、减小非线性误差
感
2、提高传感器灵敏度
器
3、减小寄生电容的影响
原
4、减小温度、湿度等环境因素的影响
理
及
应
ε0
C1
用
Δδ
d2 d1
ε0
C2
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传 感 器 原 理 及 应 用
应用
指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万 个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面， 当用户的手指放在上面时，金属导体阵列/绝缘 物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的 电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导 体之间的距离不同而变化。
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二、变面积式电容传感器
传
感
器
原
理
及
应
用
直线位移型电容传感器
角位移型电容传感器
直线位移型电容传感器的电容变化量：
ab (a x)b bx
C C0 C d
d
d
电容变化量与移动距离x成线性关系
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传 感 器 原 理 及 应 用
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电容式力敏传感器
传 感 器 原 理 及 应 用
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传
资讯
感
器
电容式传感器是把被测非电量转换为电容量变化的
原 一种传感器。它具有高阻抗，小功率；动态范围大，响
理 应速度快；几乎没有零漂；结构简单、适应性强，可在
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三、变介电常数式电容传感器 传 感 器 原 理 及 应 用
变介电常数式电容传感器
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应用：测量头构成电容器的一个极板，另一个极
传
板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和