电容式压力传感器工作原理图
电容式压力传感器采用变电容测量原理
电容式压力传感器采用变电容测量原理，将由被测压力引起的弹性元件的位移变形转变为电容的变化，用测量电容的方法测出电容量，便可知道被测压力的大小。
根据平行板电容器的电容量表达式C=εA/d (3-9)式中为电容极板间介质的介电常数；A为两平行板相对面积；d为两平行板间距。
由式(3-9)可知，改变A、d、其中任意一个参数都可以使电容量发生变化，在实际测量中，大多采用保持其中两个参数不变，而仅改变A或d一个参数的方法，把参数的变化转换为电容量的变化。
因此，电容量的变化与被测参数的大小成比例。
差动变极距式电容压力传感器改变电容两平行板间距d的测量方式有较高的灵敏度，但当位移较大时非线性严重。
采用差动电容法可以改善非线性、提高灵敏度、并可减小因ε受温度影响引起的不稳定性。
图3-12是一种电容式差压传感器示意图。
左右对称的不锈钢基座内有玻璃绝缘层，其内侧的凹形球面上除边缘部分外镀有金属膜作为固定电极，中间被夹紧的弹性膜片作为可动测量电极，左、右固定电极和测量电极经导线引出，从而组成了两个电容器。
不锈钢基座和玻璃绝缘层中心开有小孔，不锈钢基座两边外侧焊上了波纹密封隔离膜片，这样测量电极将空间分隔成左、右两个腔室，其中充满硅油。
当隔离膜片感受两侧压力的作用时，通过硅油将差压传递到弹性测量膜片的两侧从而使膜片产生位移。
电容极板间距离的变化，将引起两侧电容器电容值的改变。
对于差动平板电容器，其电容变化与板间距离变化的关系可表示为：C0=△d/d0 (3-10)式中C0为初始电容值；d0为极板间初始距离；△d为距离变化量。
此电容量的变化经过适当的变换器电路，可以转换成反映被测差压的标准电信号输出。
这种传感器结构坚实，灵敏度高，过载能力大；精度高，其精确度可达±0.25％～±0.05％；可以测量压力和差压。
单电容式压力传感器工作原理
单电容式压力传感器工作原理今天咱们来唠唠单电容式压力传感器这个超有趣的小玩意儿的工作原理呀。
你看啊，电容这东西呢，就像是两个小伙伴在玩一种特殊的“隔空互动”游戏。
单电容式压力传感器里啊，有这么一个电容结构。
它一般有两块极板，这两块极板就像两个面对面站着的小伙伴，中间呢，有个小小的空隙。
这个空隙可就像是他们之间的小秘密空间啦。
正常情况下，这个电容的大小是由极板的面积、极板之间的距离还有极板之间的介质这些因素决定的。
就好比这两个小伙伴之间互动的强度，是由他们站得多近、他们自己有多大，还有他们周围的环境决定的一样。
那压力是怎么掺和进来的呢？当有压力作用在这个传感器上的时候，就像是有个调皮的小精灵在捣乱。
这个压力会让其中一块极板或者是让整个电容结构发生一些微小的变形。
比如说，可能会让极板之间的距离变小一点。
这就好比那两个小伙伴本来站得有点远，突然被轻轻推了一下，距离就拉近了一些呢。
一旦极板之间的距离变小了，电容可就发生变化啦。
你想啊，电容的计算公式里，极板距离是个很关键的因素呢。
距离变小了，按照公式算出来的电容值就会变大。
这就像是那两个小伙伴因为距离拉近了，他们之间的那种“互动能量”就增强了一样。
那这个电容值的变化怎么被我们知道呢？这就靠传感器里面的电路啦。
电路就像是一个超级敏锐的小侦探。
它能察觉到电容值的这种微小变化。
然后呢，把这个变化转化成我们能看懂的电信号。
这个电信号就像是一个小暗号，告诉我们压力有多大。
比如说，如果电容值变化得比较大，那可能就是压力比较大；如果电容值变化得比较小，那压力也就比较小。
而且哦，这个单电容式压力传感器可聪明啦。
它能够很精确地测量压力呢。
哪怕是很微小的压力变化，它都能通过电容的变化和电路的检测给反映出来。
就像一个特别细心的小助手，一点小动静都逃不过它的眼睛。
再说说它的应用吧。
这种传感器在好多地方都大显身手呢。
比如说在汽车里，它可以用来测量轮胎的气压。
轮胎里的气压有变化，它就能马上知道，然后告诉司机师傅。
MEMS压力传感器原理及应用详解
MEMS压力传感器原理及应用详解目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机电传感器。
硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。
惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。
其电原理如图1所示。
硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。
图1 惠斯顿电桥电原理图2 应变片电桥的光刻版本MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达0.01%~0.03%FS。
硅压阻式压力传感器结构如图3所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。
应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电桥电路。
当外面的压力经引压腔进入传感器应力杯中，应力硅薄膜会因受外力作用而微微向上鼓起，发生弹性变形，四个电阻应变片因此而发生电阻变化，破坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，产生电桥输出与压力成正比的电压信号。
图4是封装如IC的硅压阻式压力传感器实物照片。
MEMS硅压阻式压力传感器图3 硅压阻式压力传感器结构图4 硅压阻式压力传感器实物MEMS电容式压力传感器电容式压力传感器利用MEMS技术在硅片上制造出横隔栅状，上下二根横隔栅成为一组电容式压力传感器，上横隔栅受压力作用向下位移，改变了上下二根横隔栅的间距，也就改变了板间电容量的大小，即△压力=△电容量。
电容式压力传感器实物如图。
图5 电容式压力传感器结构图6 电容式压力传感器实物MEMS压力传感器的应用MEMS压力传感器广泛应用于汽车电子：如TPMS（轮胎压力监测系统）、发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器（TMAP）、柴油机共轨压力传感器;消费电子，如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器、洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器;工业电子，如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。
电容式传感器PPT课件
l1
C 22 (l l1) 21l1
d
ln( D ) ln( D )
D
d
d
ε1—被测液体介电常数 ε2—空气的介电常数 D、d—两同心圆柱的直径
l—柱体的有效总长度 l1——浸入液体的实际高度
C
2
ln( D
)
(1
2
)l1
d
K C 2 (1 2 )
l1 ln( D d )
第二节 电容传感器测量电路
5、新型电容式指纹传感器
FPS110电容式指纹传感器表面集合了300×300个电容器， 其外面是绝缘表面，当用户的手指放在上面时，由皮肤来组成 电容阵列的另一面。电容器的电容值由于导体间的距离而降低， 这里指的是脊（近的）和谷（远的）相对于另一极之间的距离。 通过读取充、放电之后的电容差值，来获取指纹图像。该传感 器的生产采用标准CMOS技术，大小为15×15mm2，获取 的图像大小为300×300，分辨率为500DPI。FPS110提供有 与8位微处理器相连的接口，并且内置有8位高速A/D转换器， 可直接输出8位灰度图像。FPS110指纹传感器整个芯片的功 耗很低（<200mw），价格也比较便宜（人民币600元以 下）。下图为利用FPS110获取的指纹图象
5、新型电容式指纹传感器
电容传感器系列 创新应用
第五章小结
1、变极距型电容传感器 输出呈非线性关系，灵敏度与极距平方成反比， 适合检测微小位移。
2、变面积型电容传感器
输出与被测量呈线性关系，适合检测较大的位移。 3、变介质型电容传感器
输出与被测量呈线性关系，典型应用是检测液位。 4、检测电路
运算放大器检测电路和电桥检测电路
剂固定两个截面为T型的绝缘体，
电容式传感器原理及其应用PPT课件
2.1 变面积式电容传感器
变面积式电容式传感器通常分为线位移型 和角位移型两大类。
〔1〕线位移变面积型
常用的线位移变面积型电容式传感器可分 为平面线位移型和柱面线位移型两种结 构。
➢ 对于平板状结构，在图4-2〔a〕中，两极板有效覆盖面积就发生变化，电容 量也随之改变，其值为：
➢
➢ 式中，
，为初始电容值。
➢ 当电容式传感器的电介质改变时，其介电常数变化， 也会引起电容量发生变化。
➢ 变介电常数式电容传感器就是通过介质的改变来实 现对被测量的检测，并通过传感器的电容量的变化 反映出来。它通常可以分为柱式和平板式两种，如 下图。
〔a〕柱式
〔b〕平板式
变介电常数式电容传感器
➢ 变介电常数式电容传感器的两极板间假设存在导电 物质，还应该在极板外表涂上绝缘层，防止极板短 路，如涂上聚四氟乙烯薄膜。
➢ 电桥的输出电压为：
2.2 变压器电桥电路
电容式传感器接入变压器电桥测量电路如下图，它可 分为单臂接法和差动接法两种。
〔a〕单臂接法
〔b〕差动接法
〔1〕单臂接法
图4-8(a)所示为单臂接法的变压器桥式测量电路，高 频电源经变压器接到电容桥的一个对角线上，电容 构成电桥的四个臂，其中 为电容传感器。
〔a〕电容器的边缘效应
〔b〕带有等位环的平板式电容器
图4-14 等位环消除电容边缘效应原理图
〔2〕保证绝缘材料的绝缘性能 ① 温度、湿度等环境的变化是影响传感器中绝缘材料
性能的主要因素。 ②传感器的电极外表不便清洗，应加以密封，可防尘、
防潮。 ③ 尽量采用空气、云母等介电常数的温度系数几乎为
零的电介质作为电容式传感器的电介质。 ④ 传感器内所有的零件应先进行清洗、烘干后再装配。
电容式进气压力传感器
进气压力传感器
进气压力传感器主要检测的是节、 气门后方的进气歧管的绝对压力， 它根据发动机转速和负荷的大小 检测出歧管内绝对压力的变化， 然后转换成信号电压送至电子控 制器(ECU)，ECU依据此信号电压 的大小，控制基本喷油量的大小。
数字信号：信号频率随进气真空的改变而改变，当没有真空时信号频率 为160HZ，在怠速时真空度为64.3kPa，信号频率约为105HZ。检测时应按 照维修手册中的资料来确定真空度和输出频率信号的关系。
波形的幅值大多数应满5V，波形的形状要适当一致，矩形的拐角和垂直 沿的一致性要好。
OVER
进气压力传感器输出特性
发动机工作中，节气门开度越小，进 气歧管的真空度越大，歧管内的绝对 压力就越小，输出信号电压也越小。 节气门开度越大，进气歧管的真空度 越小，歧管内的绝对压力就越大，输 出信号电压也越大。输出信号电压与 歧管内真空度的大小成反比（负特 性），与歧管内绝对压力的大小成正 比（正特性）。
测量原理
两种检测方法（FORD）
（1）万用表检测
电源线：拔下连接器，点火开关ON，发动机静止，供电电 压５V。
搭铁线：拔下连接器，点火开关OFF，搭铁电阻小于5Ω。
信号线：插好连接器，发动机运转，动态信号频率80Hz— 160Hz，减速80HZ，怠速105HZ，大气压160HZ 。（2源自示波器检测电容式进气压力传感器
1. 结构： 厚膜电极附在氧化铝膜片上 2. 原理： 两氧化铝膜片构成电容，膜片上的压力 电容值传感器输 出信号的频率（80~120HZ）与进气压力成正比。 3. 应用 FORD、LINCOLN-MERCURL车型
电容式压力传感器
电容式压力传感器的校准方法
校准方法
• 零点校准：消除传感器的零位误差，提高传感器的准确性
• 满量程校准：消除传感器的满量程误差，提高传感器的线性度
• 多点校准：通过多个点的校准，提高传感器的拟合精度
校准设备
• 压力校准器：用于提供标准压力源，进行压力校准
• 万用表：用于测量传感器的输出电压，进行校准
提高电容式压力传感器精度的方法
提高灵敏度
减小误差
• 优化电极形状和尺寸，提高传感器的灵敏度和稳定性
• 采用多点校准，提高传感器的拟合精度
• 选择合适的电极材料，提高传感器的灵敏度和稳定性
• 采用温度补偿，减小传感器受温度影响导致的误差
• 采用电磁屏蔽，减小传感器受电磁干扰导致的误差
根据测量方式，电容式压力传感器可以
式和双电容式两种
分为有线电容式和无线电容式两种
• 单电容式压力传感器只有一个电极对，
• 有线电容式压力传感器通过引出线连
结构简单，但受环境影响较大
接测量设备，传输电信号
• 双电容式压力传感器有两个电极对，
• 无线电容式压力传感器采用无线通信
结构较复杂，但抗干扰能力较强
• 采用电磁屏蔽和滤波技术，减小传感器受外部干扰的影响
电容式压力传感器的市场需求分析
市场需求
市场规模
• 工业自动化领域的压力、液位、流量等参数测量和控制
• 根据市场调查和预测，电容式压力传感器市场规模将持
• 环境监测领域的大气压力、水位等参数测量
续增长
• 生物医学领域的血压测量和生物力学研究
• 随着物联网和智能制造技术的发展，电容式压力传感器
电容式传感器
电容式传感器简介capacitive type transducer把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。
这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。
电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。
电容式传感器工作原理电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2∏eL/lnD/d，式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。
在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。
电容式传感器优缺点电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。
缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。
第五章 电容式传感器
X
22
动极（圆柱）沿轴线移动△L时，电容的变化量为:
2l l C C ln(r2 / r1 ) l
（5-24）
若采用差动结构，动极向上移动Δl，则上面部分的电容量Ca增加， 下面部分的电容量Cb减少，使输出为差动形式，有:
2 (l l ) 2 (l l ) l C Ca Cb 2C ln(r2 / r1 ) ln(r2 / r1 ) l
（5-25）
结论：采用差动式结构，电容变化量增加一倍，则灵敏度也提高一倍。
X
23
角位移变面积型
X
24
(3)角位移式电容传感器
设两半圆极板重合时，电容量为: S r 2 C d 2d
动极2转过角，电容量变为: r 2 ( ) S (1 / )
第 5章
5.1 5.2
电容式传感器
电容式传感器 5.1.1 基本工作原理 5.1.2 电容式传感器的线性及灵敏度 电容式传感器的输出电路及等效电路 5.2.1 电容式传感器的等效电路 5.2.2 电容式传感器的输出电路 影响电容传感器精度的因素及提高精 度的措施 5.3.1 边缘效应的影响 5.3.2 寄生电容的影响 5.3.3 温度的影响 电容式传感器的应用 5.4.1 电容式压力传感器 5.4.2 电容式加速度传感器 5.4.3 电容式荷重传感器 5.4.4 振动、位移测量仪 5.4.5 电容测厚传感器
差动电容式传感器的相对非线性误差近似为:
结论：差动式比单极式灵敏度提高一倍，非线性误差减小。 结构上的对称性，能有效补偿温度变化所造成的误差。
X
12
（2）固定介质与可变间隙式电容传感器
减小极间隙可提高灵敏度，但易击穿。为此，经常在两 极板间加一层云母或塑料等介质，以改变电容的耐压性能。 由此，构成固定介质与可变间隙式电容传感器。
电容式传感器
§4.4 电容式传感器的转换电路
一、交流电桥
~ ~ U SC U sr Z 1Z 4 Z 2 Z 3 ( Z 1 Z 2 )( Z 3 Z 4 )
平衡条件为
Z 1Z 4 Z 2 Z 3 0
Z1 Z2
Z3 Z4
上页 下页
交流电桥的平衡条件：
z1 z 4 z 2 z 3
C1
A
0 0
C2
A
0 0
上页
下页
差动结构分析
C1 C0 1 0 0 0
2
C2 C0
1 0 0 0
上页 下页
另一种变介电常数的电容式传感器：
s δ
S
气隙
ε0ε r
d
C
d 0
d
0s d
d
r 0
r
d不变， ε改变，如：测量粮食、纺织品、木材或煤 等非导电固体介质的湿度。 ε不变，d改变，如：测量纸张、绝缘薄膜等的厚度
上页 下页
§4.3 电容式传感器的特点及等效电路
上页
下页
二、变压器电桥
等效电路图：
I1 Zf C1
图4-13（h）
1 I1 I f Z I2 I f Z 0
上页 下页
j
E1
c1
1
f
E1 E2
j
E2 If I2 C2
c2
f
I1 I 2 I f
求得： I f
( E 1C 1 E 2 C 2 ) j 1 Z f ( C 1 C 2 ) j
电容式压力传感器的结构和工作原理
3.43 电容式压力传感器的结构和工作原理是怎么样的？
差压式电容传感器的核心部分是一个差动变极距式电容传感器。
它以热胀冷缩系数很小的两个凹形玻璃（或绝缘陶瓷）圆片上的镀金薄膜作为定极板，两个凹形镀金薄膜与夹紧在它们中间的弹性平膜片组成C1和C2 。
当被测压力p
、p2由两侧的内螺纹压力接头
进入各自的空腔，该压力通过不锈钢波纹隔离膜
以及热稳定性很好的灌充液（导压硅油），传导
到“δ腔”。
弹性平膜片由于受到来自两侧的压力
之差，而凸向压力小的一侧。
在δ腔中，弹性膜
片与两侧的镀金定极之间的距离很小（约0.5mm
左右），所以微小的位移（不大于0.1mm）就可
以使电容量变化100pF以上。
测量转换电路（相
敏检波器）将此电容量的变化转换成4~20mA的
标准电流信号，通过信号电缆线输出到二次仪
表。
从图b中还可以看到，该压力变送器自带液
晶数码显示器。
可以在现场读取测量值，总共只
需要电源提供4~20mA
电流。
电容式差压传感器
δ室剖面图
差动电容的输入激励源通常做在信号处理壳体中，其频率通常
选取100kHz左右，幅值约为１０V pp左右。
经变送器内部的CPU
线性化后，差压变送器的输出精度一般可达1%左右。
带隔离膜片的差动电容压力传感器
对额定量程较小的差动电容式差压变送器来说，当某一侧突然失压时，巨大的差压有可能将很薄的平膜片压破，所以设置了安全悬浮膜片和限位波纹盘，起过压保护作用。
电容式压力传感器的工作原理
电容式压力传感器的工作原理
电容式压力传感器是一种常用的压力测量装置。
它利用电容的变化来测量外力对其施加的压力。
其工作原理如下：
1. 电容是指两个电极之间的储存电荷的能力，可以通过距离两电极的距离和媒介介电常数来调节电容的大小。
2. 电容式压力传感器通常由两个平行的金属电极构成，形成一个电容结构。
3. 当外力施加到传感器上时，电容结构的形状和尺寸会发生微小的变化，进而影响电容的大小。
4. 这种微小的形变会导致电容值的变化。
通常，压力增大导致电容减小，压力减小则导致电容增大。
5. 传感器连接到一个电路中，通过测量电容的变化来推测外力对传感器的压力。
6. 传感器的电路可以根据电容变化转换为压力或压力差的电信号。
7. 检测到的电信号可以通过变换电路放大和处理后送往显示器、记录仪或控制系统等设备。
综上所述，电容式压力传感器通过测量电容的变化来感知外力对其施加的压力，并将此变化转换为电信号进行测量和控制。
电容式压力传感器
= 0, Q= 1, 于是A点为低电位, C1通过VD1迅速放电, 而B点高
电位通过R2对C2充电, 时间常数为τ2=R2C2, 直至G点电位高于 参比电位Ur。
比较器A2输出正跳变信号, 使触发器发生翻转, 重复前述 过程。 电路各点波形如图 所示, 当差动电容器的C1 = C2时, 其 平均电压值为零。当差动电容C1 ≠ C2, 且C1 > C2时, 则τ1 = R1 C1>τ2 = R2 C2 。由于充放电时间常数变化, 使电路中各点电压 波形产生相应改变。
如图 所示, 此时uA、uB脉冲宽度不再相等, 一个周期 （T1+T2）时间内其平均电压值不为零。此uAB电压经低通滤波 器滤波后, 可获得输出
uAB
uA
uB
U1(T1 T2 ) T1 T2
式中: U1——触发器输出高电平;T1、T2——C1、C2充放电 至Ur所需时间。
由电路知识可知:
T1 =R1C1ln U1(T1 T2 ) T1 T2
变极距型电容式传感器只有在Δd/d0很小时, 才有近似的线 性输出。
一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在 20～100pF 之间, 极板间距离在25～200μm的范围内, 最大位移应小于间距 的1/10, 故在微位移测量中应用最广。
二、 变面积型电容式传感器
图 是一种变极板间介质的电容式传感器用于测量液位 高低的结构原理图。
1
1
f0=
2 [(C1 C2 C0 )L] 2
当被测信号不为 0 时, C≠0, 振荡器频率有相应变化, 此时频率 为
f
1
1 f0 f
2 [(c1 c2 c0)L] 2
电容式传感器原理及转换电路
C0
0 r1L0b0 0
当有介质插入时， C C1 C2
相当于两段电容
并联，传感器总
电容量C为
0b0
r1(L0
L)
0
r2L
b0、L0：极板的宽度和深度 L：介质插入深度
电容的相对变化量
C C0
C C0 C0
r2 r1
1
L L0
电容量的变化与电介质εr2
的移动量L成线性关系
检测液面高 度的电容式 液位传感器 结构原理图
2 1
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
( k)
(l)
4.2 电容式传感器的 工作原理和结构
由物理学可知： 不考虑边缘效应， 则电容量为：
C S r 0S
当被测参数变化使得式中的S、δ或ε 发生变化时，电容量C也随之变化。
若保持其中两个参数不变，仅改变其中 一个参数，就可把该参数的变化转换为 电容量的变化ΔC，即构成电容式传感器
相当于两个同心 圆柱状极板间构 成电容并联组成 电容式传感器
被测介质的相对介电常数为ε1， 液面高度为h，电容器的总高度为H， 内筒外径为d，外筒内径为D，
容量
C
C1
C2
2 1h
ln D
2 (H h)
ln D
d
d
2 H
ln D
2h(1 )
ln D
C0
2h(1 )
ln D
d
d
d
电容增量
C
二、变面积型电容式传感器
直线位移电容式 传感器的原理图
被测量通过动极 板移动引起两极 板有效覆盖面积S 改变，从而得到 电容量的变化
电容传感器(传感器原理与应用)
第三章 电容式传感器电容测量技术近几年来有了很大进展，它不但广泛用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且，还逐步扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
由于电容式传感器具有一系列突出的优点：如结构简单，体积小，分辨率高，可非接触测量等。
这些优点，随着电子技术的迅速发展，特别是集成电路的出现，将得到进一步的体现。
而它存在的分布电容、非线性等缺点又将不断地得到克服，因此电容式传感器在非电测量和自动检测中得到了广泛的应用。
第一节 电容式传感器的工作原理和结构 一、基本工作原理电容式传感器是一种具有可变参数的电容器。
多数场合下，电容是由两个金属平行板组成并且以空气为介质，如图3—1所示。
由两个平行板组成的电容器的电容量为dAC ε=（3—1）式中ε——电容极板介质的介电常数。
A ——两平行板所覆盖面积； d ——两平行板之间的距离； C ——电容量当被测参数使得式(3—1)中的d 、A 和r ε发生变化时，电容量C 也随之变化。
如果保持其中两个参数不变而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化。
因此。
电容量变化的大小与被测参数的大小成比例。
在实际使用中，电容式传感器常以改变平行板间距d 来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。
改变平行板间距d 的传感器可以测量微米数量级的位移，而改变面积A 的传感器只适用于测量厘米数量级的位移。
二、变极距型电容式传感器由式(3—1)可知，电容量c 与极板距离d 不是线性关系,而是如图3—2所示的双曲线关系。
若电容器极板距离由初始值do 缩小d ∆，极板距离分别为do 和do-d ∆，其电容量分别为C0和C1，即0d AC ε=(3—2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=∆-=2020********d d d d d A d d d Add AC εεε(3—3)当Ad 《Ju 时，1…菩*1，则式(3—3)可以简化为 一W一一这时c1与AJ 近似呈线性关系，所以改变极板距离的电容式传感器注注是设计成Ad 在极小的范围内变化。
电容式传感器的测量电路调频电路
2020/6/29
36
附：电容式接近开关
1—检测极板 2—充填树脂 3—测量转换电路 4—塑料外壳 5—灵敏度调节电位器 6—工作指示灯 7—信号电缆
2020/6/29
37
工作过程（1）
❖ 检测极板设置在接近开关的最前端，测量转换电路 安装在接近开关壳体内，用介质损耗很小的环氧树 脂填充、灌封。当没有物体靠近检测极时，检测板 与大地间的电容量C非常小，它与电感L构成高品质 因数（Q）的LC振荡电路，Q=1（ωCR）。当被检 测物体为地电位的导电体（如与大地有很大分布电 容的人体、液体等）时，检测极板对地电容C增大， LC振荡电路的Q值将下降，导致振荡器停振。
2020/6/29
39
电容式接近开关
2020/6/29
40
放松一下！
2020/6/29
41
❖ 常用电路有:电桥电路、运算放大器测量 电路、脉冲调制电路、调频电路。
❖ 1.电桥电路
当电容传感器处于初始位
置时，电桥平衡，电桥输出电
压 • ；当被测量的变
U0 0
化引起电容传感器的电容发生
变化时，电桥失去平衡，电桥
有电压输出，即 •
。
U0 0
2020/6/29
14
4.2电容式传感器的测量电路
谐振电路的灵敏度较高，但工作点不易选择，变化范围较窄。
2020/6/29
20
4.2电容式传感器的测量电路
❖ 6.脉冲宽度调制电路
2020/6/29
21
4.3 电容式传感器的误差及制作要求
❖ 4.3.1 电容式传感器的误差因素
❖ 1.温度的影响 ❖ 3.寄生电容的影响 ❖ 2.漏电阻的影响
- 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)。
电容式压力传感器工作原理图电容式压力传感器原理工作原理
在石油、钢铁、电力、化学等生产工艺过程中压为是非常重要的参数。
此外，在机械制造技术方面，从小批量生产到连续程序控制．从小规模的设备到大规模的成套设备和不断发展的多功能的成套设备．都需要大量的压力传感器。
为厂使这些复杂化、大规模化的成套设备能安全运转，对压力传感器的可靠性和稳定性的要求也越来越高．
下面就性能良好，可靠性高的静电容式的传感器加以叙述，如下图。
测量压力有表压力及绝对压力测量二种方式。
表压测量采用以大气压为基准测容器内压力的方法。
绝对压力的测量是采用以绝对真空为基准而测容器内压力的方法。
二者的基本原理相同，所不同的是表压传感器将低压例制成对照大气开口的结构；而绝对压力测量则把低压设在真空室的结构．对高压和低压两例的接触溶液膜加压后，通过密封液加到感压膜上，感压膜(可变电极)接着高压侧和低压侧的压力差成正比地改变位置，感压膜的位移，使膜与两侧固定电极之间形成路电容运差，这个静电容放差位经电路转换、放大后就变成4-20mADc的输出信号。
该传感器的特点：
1、具有能实现高可可靠性的简单盒状结构；
2、具有0.2%、50度的高温特性；
3、小型轻量和耐振性强
4、测量范围宽．
5、温度范围宽
6、内有指示针。