电容式传感器的应用举例.
电容式传感器介绍
电容式传感器介绍
电容式传感器原理
电容式传感器分类
电容式传感器发展趋势
电容式传感器应用实例
电容式传感器原理
电容式传感器定义
电容式传感器是一种通过检测电容变化来测量物理量的传感器。
电容式传感器主要由两个平行电极板组成，其中一个电极板固定，另一个电极板可以移动。
当被测物体靠近或远离固定电极板时，两个电极板之间的电容会发生变化，从而实现对被测物体的测量。
01
工业自动化：用于检测和控制生产过程中的各种参数
02
消费电子：应用于手机、电脑等电子产品的触摸屏和按键控制
03
汽车电子：用于汽车安全气囊、刹车系统等安全设备的控制
04
医疗设备：用于医疗设备的检测和控制，如心电图仪、血压计等
电容式传感器分类
变极距式电容传感器
工作原理：通过改变两个极板之间的距离来改变电容量
4
谢谢
01
变介质式电容传感器
01
原理：利用介质的介电常数变化来检测目标物
02
应用：广泛应用于液位、压力、流量等测量领域
03
特点：结构简单、灵敏度高、响应速度快
04
局限性：受介质特性影响较大，需要选择合适的介质材料
电容式传感器应用实例
触摸屏应用
1
智能手机：电容式触摸屏广泛应用于智能手机，实现多点触控操作。
02
集成化：电容式传感器将与其他传感器进行集成，实现多参数测量，提高测量效果。
微型化：电容式传感器将向微型化方向发展，便于安装和使用，降低成本。
04
节能、环保
低功耗设计：降低能耗，提高能源利用率
1
环保材料：使用环保材料，减少对环境的影响
电容式指纹传感器技术研究及应用
电容式指纹传感器技术研究及应用电容式指纹传感器技术是指基于电容原理来识别指纹的一种技术，它是目前最常用的一种指纹识别技术，广泛应用于手机、笔记本电脑、银行卡等领域。
本文将分别介绍电容式指纹传感器技术的原理和应用。
一、电容式指纹传感器技术原理电容式指纹传感器的原理是基于手指与传感器之间的电容变化来识别指纹。
当手指放置在传感器上时，手指表面的凹凸结构会与传感器表面的导电层接触，形成电容变化。
这些变化可以被传感器检测到，并通过算法来生成指纹图像。
电容式指纹传感器的结构通常包括以下几个部分：1.传感器芯片：用于检测手指与传感器之间的电容变化，并将这些变化转换为电信号。
2.导电层：用于与手指表面接触，检测电容变化，并将这些变化传递给传感器芯片。
3.支撑材料：支持传感器芯片和导电层的结构。
4.封装层：用于保护传感器以及提高其使用寿命。
二、电容式指纹传感器技术应用1.手机领域：作为手机解锁的一种方式，电容式指纹传感器技术已经成为手机厂商的标配。
常见的电容式指纹传感器放置在手机的前置键或后置键上。
用户只需将手指放在指定位置上，就可以快速解锁手机，使用起来非常方便。
2.笔记本电脑领域：电容式指纹传感器在笔记本电脑领域的应用也非常广泛。
通过电容式指纹传感器，用户可以使用指纹解锁电脑，从而提高电脑使用的安全性。
3.银行卡领域：为了提高银行卡的安全性，很多银行已经开始使用电容式指纹传感器技术。
通过指纹识别，用户可以快速完成银行卡的身份认证，无需输入密码，使用起来更加方便。
4.安防领域：电容式指纹传感器技术也被广泛应用于安防领域。
例如，在公司门口或者公寓门口安装指纹识别系统，可以通过迅速识别指纹来确保员工和居民的安全。
总体来说，电容式指纹传感器技术是一种非常成熟、稳定且应用广泛的指纹识别技术。
随着越来越多的厂商开始使用电容式指纹传感器来提高产品安全性，这种技术的应用范围还将继续扩大。
可以预见的是，未来电容式指纹传感器技术将成为指纹识别领域的主流技术。
电容式传感器原理解析及其应用举例①
bx
虑 二次非 线 性 项， 忽 略 其他 更高次项， 可得 非 线 性 误 差 为:
L
( d / d 0 ) 2 100% d / d 0 100% d / d 0
电 容 式传感 器的原 理 可用 平 行 板电 容 器简单 阐 释。 假设 忽 略 边 缘效 应， 平 行板电 容器电 容为 C S
d
r 0
S
d
， 其中 为
极板相 对覆 盖面 积， 为极板间距， r 为电介质的 相 对介电常 数， 0 为 真空 介 电常 数， = 或
r r 0
为电介质的 介电常 数。 、
1 变极 距型电容传感 器
以平 行 板电 容 器为 例， 上 极 板 固 定 不 动， 下极板为动 极 板， 设 初 始 时 两 极板 距离为 应增 大 C C0
0
。 当距离 减 小Δ 时， 则电 容 相
d ， 电 容的 相 对变化为 d 0 d
C d 1 C0 d 0 1 d / d 0
可见， 电 容 的 相 对 变 化 与 位 移 之 间 为 非 线 性 关 系 。在 误 差 允 许 的 范 围内， 通 过 略 去 高 次 项 可得 近 似 的 线 性 关 系
C d 1 ， 即电容 式传感器的静态灵敏度为 K 。 如 果只考 C0 d0 d0
2 变面积 型电容传感器
以平行板电容器为例的变面积型电容传感器如图2所 示， 当上极板 移 动 时， 两 极板 间的 相 对覆 盖面 积 发 生 变 化， 从而 引起电 容 的变 化。 这 样 的 传感 器可 以 用于 位 移 测 量。 根 据应 用 要 求， 有 平 行 板 型 极 板、 圆 筒 型 极 板 和 锯 齿 型 极 板等， 这 类传感器具 有 较 好的线 性 特 性。 如 图 2 所 示， 当 动 极 板 发 生 线 位 移 后， 相对应的电容变 化 为 C d K x ， 其 中 为 灵 敏 度， 其 输出与 输入 成 线 性 关 系， 灵 敏 度 是常 数。 但 是 平 行板 型结 构 对 极 距变化 特 别 敏 感， 测 量 精 度 会 受 影 响， 而 圆 筒 形 结 构（ 如 图 3 所 示） 受 极 板 径 向 变 化 的 影 响 很 小 ，成 为 实 际 中 最 常 采 用 的 结 构 。当 动 筒 移 动 后， 两 筒 重 叠 长 度 发 生 变 化 时， 电容变化 为: C 2
电容式传感器的应用场合
电容式传感器的应用场合
电容式传感器是一种常用的传感器类型，可以广泛应用于工业自动化、机器人控制、电子设备、医疗器械等领域。
本文将从以下几个方面介绍电容式传感器的应用场合。
一、距离测量
电容式传感器可用于测量物体的距离。
通过测量物体与传感器之间的电容值，可以计算出物体与传感器之间的距离。
这种测量方法非常精确，可用于测量各种尺寸范围内的物体距离。
二、液位检测
电容式传感器可以用于检测液位，例如测量水箱、油箱、储液罐等液体容器内液位的变化。
通过测量液体与传感器之间的电容值，可以确定液位的高低。
这种检测方法精度高、灵敏度高，可应用于各种液体容器的液位检测。
三、重量测量
电容式传感器也可以用于测量物体的重量。
通过将物体放置在传感器上，测量传感器与物体之间的电容值变化，可计算出物体的重量。
这种重量测量方法精度高、稳定性好，可应用于各种物体的重量测量。
四、姿态检测
电容式传感器也可用于检测物体的姿态，包括倾斜、旋转等。
通过安装多个传感器，并测量其之间的电容值变化，可以确定物体的姿态。
这种姿态检测方法精度高、灵敏度高，可应用于机器人控制、航空航天等领域。
总之，电容式传感器具有广泛的应用场合，其高精度、高灵敏度、稳定性好等特点，使其成为各种自动化设备、检测仪器的关键组成部分。
随着技术的不断发展，电容式传感器的应用领域将会更加广泛，为各种领域的发展提供更加精确、可靠的技术支持。
电容式传感器在日常生活中的应用
精密电容位移传感器可以在线检测压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量等。
该传感器是一个单一的通道，高性能线性位移测量系统，创新的电容位移测量技术，提供了纳米测量能力，成本低，适合测量任何导电目标。
在线电容式水分检测传感器能够在线检测各种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率，特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮机、船舶机械。
监视循环油系统是否存在泄漏，如水冷却器等。
监视工作机械的密封元件是否损坏，引起外部水渗入。
监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响。
从而精确测定润滑油质量，预测设备故障，是设备润滑油管理中的关键部件。
本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻，结构可靠，测量精度高，工作稳定，具有较强的抗电磁干扰性能。
封闭型不锈钢制外壳具有很好的防水防尘性能。
可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。
是理想的在线水分检测传感器。
还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，在线、连续、实时的检测各种低水分油品的含水率。
直接显示，远程控制和报警。
实现数据存储，积算、传输和控制功能。
普遍应用于大中型机械联动机组的液压、润滑循环系统。
电容式润滑油实时在线监测传感器可以在线准确测定润滑油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其它机械化学杂质污染度，从而精确测定润滑油质量，判定是否需要更换润滑油，即可节约油料，又能预测设备故障，是设备润滑油管理中改变传统的按期换油，实现按质换油的关键部件。
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电容式传感器应用实例演示
电容式传感器应用实例演示电容式传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器之一，它通过测量电容的变化来检测环境中的物理量。
其原理是利用了介质的电容与其周围环境的关系，当介质的性质或位置发生改变时，电容值也会发生相应的变化。
以下是几个电容式传感器应用实例的演示：1.液位检测：在液体储罐中安装电容式液位传感器，通过测量液位与罐壁之间的电容变化来确定液位的高低。
当液位上升时，液体与罐壁之间的介电常数增加，导致电容值增加；反之，当液位下降时，电容值减小。
这种液位检测方法广泛应用于石油、化工等行业。
2.触摸传感：将电容式传感器应用于触摸屏上，能够实现触摸位置的精确检测。
触摸屏上覆盖了一层由导电材料制成的感应层，当手指接触屏幕时，手指周围的电场会影响感应层上的电容。
通过测量这个电容的变化，可以确定手指触摸的位置，并将其转化为相应的控制信号。
3.地热能利用：利用地下的地热能作为供暖或供冷的能源已经成为一种环保的方式。
电容式传感器可以用于监测地下能源的温度变化，通过测量地下水或土壤的电容来确定温度变化的幅度和趋势。
这种监测方式有助于科学合理地利用地下的地热能，提高能源利用效率。
4.空气质量检测：通过检测空气中各种气体的电容变化，可以判断空气质量的优劣。
电容式传感器能够感知空气中的气体浓度变化，从而实时监测空气中的有害气体浓度。
将这些传感器应用于空气净化器或环境监测设备上，可以实时监测和改善室内空气质量。
5.智能农业：电容式传感器可以应用于农业领域，实现土壤湿度的准确测量。
根据土壤的含水量不同，土壤的电容也不同，通过测量土壤与传感器之间的电容变化，可以判断土壤的湿度状况。
利用这些数据，可以实现精准的灌溉控制，提高农作物的产量和质量。
总结：电容式传感器广泛应用于液位检测、触摸传感、地热能利用、空气质量检测和农业等领域。
通过测量电容的变化，可以实现对环境中各种物理量的检测和监测。
随着科技的不断进步，电容式传感器在各个领域的应用也将不断扩大和深入。
电容传感器的原理及应用
电容传感器的原理及应用电容传感器（Capacitive Sensor）是一种利用电容变化来感知和测量物体位置、形状、压力等参数的传感器。
它基于电容的定义，即两个导体之间的介电常数乘以电容公式中电容的基本构成：两个导体之间的距离以及导体间的面积。
本文将介绍电容传感器的原理和其在实际应用中的各种场景。
一、电容传感器的原理基于电容传感器的工作原理是通过改变电容的值来检测和测量目标的物理量，其基本原理可以分为静电式电容传感器和变容式电容传感器两种。
静电式电容传感器是利用物体与传感器之间的静电场来产生电容变化，进而通过测量电容值的改变来获取物体位置、形状、体积等信息。
在静电式电容传感器中，将一个导电板作为传感器的感应电极，当目标物体靠近导电板时，它的存在会改变电极周围的电场分布，从而改变了电容值。
通过测量电容的变化可以计算出物体与传感器之间的距离或者形状等信息。
变容式电容传感器则是利用可变电容器（Varactor）来测量目标物体的参数。
可变电容器是一种能随外界电压变化而改变电容值的器件，它包含有两个金属板（电极）和介电常数可调的绝缘材料。
当外加电压改变时，绝缘材料的介电常数发生变化，从而导致电容值的变化。
通过测量可变电容器的电容值，可以得到目标物体的参数。
二、电容传感器的应用电容传感器广泛应用于许多领域，例如汽车、医疗、机械等。
下面将介绍几个典型的应用案例。
1. 触摸屏电容传感器在触摸屏技术中得到了广泛应用。
触摸屏利用电容变化来感知用户的触摸操作，以实现对显示屏的控制。
当用户触摸屏幕时，手指与传感器之间会形成电容耦合，这种耦合会改变传感电极之间的电容值。
通过测量电容的变化，可以得到用户触摸的位置，从而实现对显示屏的交互操作。
2. 接近开关电容传感器也常被用作接近开关。
传感器可以检测目标物体与传感器之间的距离，当目标物体靠近传感器时，电容值会发生变化，从而触发开关的动作。
这种接近开关广泛应用于自动化控制系统中，例如安全门、自动水龙头等设备。
电容式传感器的原理及应用
电容式传感器的原理及应用电容式传感器是在工业生产中广泛使用的一种传感器，其原理是利用电容变化来测量被监测物理量的变化。
这种传感器的应用范围非常广泛，从机械振动到压力，从液位到温度，几乎涵盖了所有与工业生产有关的物理量。
1. 传感器的工作原理电容式传感器的工作原理非常简单。
它由两个平行金属板组成，可以是圆形、方形或矩形。
其中一个板作为固定板，另一个则可移动，与被测的对象相接触。
当被测物体发生变化时，移动板与固定板之间的电容量就会发生变化。
电容量的大小与金属板的面积、间距以及介质的介电常数有关。
一般来说，介电常数越大，电容量也越大。
电容的大小可以用下面的公式来计算：C = εA/d其中，C是电容量，A是金属板的面积，d是金属板之间的距离，ε是介电常数。
2. 传感器的应用电容式传感器的应用非常广泛。
以下是几个常见的应用：（1）机械振动机械振动是许多设备故障的根源。
电容式传感器可以用来检测机械振动的幅度和频率，从而帮助工程师预测设备运行状态。
（2）压力电容式传感器可以用来测量压力的大小。
例如，在液压系统中，传感器可以用来监测液体压力，从而帮助确保系统正常工作。
（3）液位电容式传感器可以用来测量液体的液位。
例如，在油罐中，传感器可以用来监测油位，从而确保油罐中的油量不会过低或过高。
（4）温度电容式传感器可以用来测量物体的温度。
例如，在发动机中，传感器可以用来监测发动机的温度，从而确保发动机不会过热。
3. 传感器的局限性电容式传感器有一些局限性。
首先，它们只适用于测量固体或液体的物理量，而不能用来测量气体的物理量。
其次，它们只能测量电容量的变化，而无法直接测量物理量的大小。
最后，它们需要校准，以确保精度。
4. 结论电容式传感器是一种简单而有效的传感器，适用于测量许多与工业生产有关的物理量。
它的工作原理非常简单，非常适合用来监测机器和设备的状态。
虽然它们有一些局限性，但将它们与其他传感器结合使用可以极大地提高监测系统的准确性和效率。
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。
变面积式电容传感器的应用实例
变面积式电容传感器的应用实例《变面积式电容传感器的应用实例》嘿，你知道吗？在我们这个充满奇妙科技的世界里，有一种超级厉害的东西叫变面积式电容传感器。
这东西听起来是不是有点神秘又高大上呢？其实呀，它就在我们身边，默默地发挥着好多好多重要的作用呢！就说在我们学校的自动门那里吧。
有一次我和我的小伙伴小明一起在学校里玩。
我们跑到自动门附近，那自动门就像一个聪明的大巨人一样，每次我们靠近，它就会缓缓地打开。
我就特别好奇，这门怎么这么聪明呢？后来问了老师才知道，这里面就用到了变面积式电容传感器呢。
这个传感器就像是一个敏锐的小卫士。
你看，当我们靠近自动门的时候，我们人体就相当于一个导体，进入了传感器的检测范围。
这时候呀，传感器里面的电容极板面积因为我们的靠近而发生了变化。
就好比是两个小伙伴之间的距离变了，他们之间的关系也就跟着变了。
电容极板面积一变化，电容的值就跟着改变了。
然后呢，这个变化就被控制系统检测到了，控制系统就像一个大脑一样，接收到信号后就马上指挥自动门：“嘿，有小伙伴来了，快打开！”于是，自动门就乖乖地打开了，让我们顺利通过。
我当时就想，哇，这个变面积式电容传感器可真是太神奇了，就这么悄悄地藏在门里，却能做出这么酷的事情。
还有呢，在一些超级酷的电子设备里，比如说平板电脑。
我和我的好朋友小红经常一起玩平板电脑上的画画游戏。
你知道吗？平板电脑里也可能用到这个变面积式电容传感器哦。
当我们用手指在屏幕上画画的时候，我们的手指就相当于改变了屏幕下面电容极板的面积。
就好像是在平静的湖面上投下了一颗小石子，打破了原来的平静，产生了变化。
这个变化被传感器捕捉到，然后平板电脑就能知道我们手指的位置，这样我们就能在屏幕上画出漂亮的画啦。
要是没有这个传感器，我们就只能干瞪眼，啥也画不出来呢。
我就跟小红说：“你看，这小小的传感器，就像一个魔法小精灵，让我们能在屏幕上自由地创作呢。
”小红也特别赞同，她还说：“是啊，这就好像是给平板电脑的屏幕装上了一双超级敏锐的眼睛。
第7讲 电容式传感器应用
第7讲电容式传感器应用
电容式传感器是一种常见的传感器类型，它能够将物理量转换为电容变化，从而实现
对物理量的测量。
电容式传感器具有灵敏度高、精度高、响应速度快等优点，广泛应用于
工业生产、科学研究、医疗保健等领域。
电容式传感器的基本原理是根据电容值与电容板的距离成反比关系，当物理量发生变
化时，电容板的距离也会发生变化，从而导致电容值的变化。
通常，电容式传感器由两个
电容板组成，它们之间夹有一个变化的物理量，如压力、温度、湿度等，当物理量变化时，电容板之间的距离也随之变化。
电容式传感器的应用非常广泛，以下是几个典型的应用案例：
1. 压力传感器
压力传感器是一种应用最广泛的电容式传感器类型。
它通常由一个金属或陶瓷电容片
构成，当外界施加压力时，电容片会发生形变，从而导致电容值的变化。
压力传感器广泛
应用于机械工程、汽车工业、医疗设备等领域，用于测量压力、力、重量等物理量。
湿度传感器也是一种常见的电容式传感器类型。
它通常由两个电容板组成，它们之间
夹有一层吸湿材料。
当空气中的湿度变化时，吸湿材料吸收或释放水分，从而导致电容板
之间的距离变化，进而导致电容值的变化。
湿度传感器广泛应用于气象、农业、建筑等领域，用于测量空气中的湿度和露点温度。
总之，电容式传感器是一种非常优秀的传感器类型，它能够实现对物理量的高精度测量，从而广泛应用于各个领域。
同时，随着科技的不断进步，电容式传感器的性能不断提升，相信在未来的应用中，电容式传感器将会发挥更加重要的作用。
电容式传感器的应用
电容式传感器的应用电容式传感器是把被测的机械量，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。
电容式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。
随着社会的发展，电容式传感器得到了越来越广泛的发展。
下面举几个电容式传感器的应用实例。
1.PT800型压力变送器PT系列产品中的标准型号，内置陶瓷电容式传感器。
可以自由选配模拟、数字现场显示表头。
有多种过程连接件，可以现场调零点、满量程。
广泛应用于自动化工业中对液体、气体和蒸汽的测量。
2.电容式触摸屏目前，电容式触摸屏已经逐渐广泛应用于消费电子、便携式产品领域。
从理论上说，一根走线、间隔、另一根走线，这就是组成一个电容传感器的全部所需，直接在这些走线上覆盖一层绝缘透明塑料膜即可使其成为电路板的一部分。
当手指或某物体或人接近或者碰触到传感器时，电容传感器会检测(或称感测)到电容值的变化如下图标所示3.电容式加速度传感器它有两个固定极板（与壳体绝缘）, 中间有一用弹簧片支撑的质量块，此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板（与壳体电连接）。
当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时，两电容的间隙发生变化，一个增加，一个减小，从而使C1、C2产生大小相等，符号相反的增量，此增量正比于被测加速度。
4.电容式料位传感器测定电极安装在罐的顶部，这样在罐壁和测定电极之间就形成了一个电容器。
当罐内放入被测物料时, 由于被测物料介电常数的影响，传感器的电容量将发生变化，电容量变化的大小与被测物料在罐内高度有关，且成比例变化。
检测出这种电容量的变化就可测定物料在罐内的高度。
5.电容式传声器电容传声器核心是平板电容器，振动膜片是一片表面经过金属化处理的轻质弹性薄膜，当膜片随着声波的压力的大小产生振动时，膜片与后极板之间的相对距离发生变化，膜片与极板所构成电容器的量就发生变化。
电容式传感器的应用
电容式传感器的原理及应用电容传感器是将被测的非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器,它不仅能测量荷重、位移、振动、角度、加速度等机械量,还能测量液面、料面、成分含量等热工参量。
这种传感器具有高阻抗、小功率、动态范围大、动态响应较快、几乎没有零漂、结构简单和适应性强等优点。
因此,电容传感器在自动检测技术中占有很重要的地位,并得到广泛的应用。
电容式传感器有着许多优点,应用也非常广泛,本文介绍了电容式传感器的工作原理,应用及发展趋势。
一．基本原理电容式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电容量的变化，再经过转换电路变成电信号输出。
由物理学可知,两个平行金属板组成的电容器,如果忽略了边缘效应,其电容为C=εS/d。
可见在三种参数中保持其中两个不变而仅仅改变第三个参数电容就会改变,因此电容式传感器可以分为三种类型。
1.1变间距型电容传感器如图(1)所示,1为固定极板,2为可动极板。
当可动极板向上移动x,则电容的增量为ΔC=εS/(d-x)-εS/d=-εS/d(x/(d-x))=C0/d(x/(1-x/d))所以灵敏度S=Δx=C0/d=C0/d(1+x/d+x/d2+x/d3+……)。
从上式中可以看出,电容的变化量与极板移动的位移有关,而且当x/d<<1时,可以近似地认为ΔC=S·x，成线性关系。
为了提高灵敏度可以适当减小电容器初始间距和增大初始电容值。
1.2变面积型电容传感器如图所示,下面的极板为动片,上面的极板为定片。
当动片与定片有一相对线位移时,两片金属极板的正对面积变化,引起电容量的变化。
当线位移x=0时,设初始电容量为C0=εab/d,当x≠0时,Cx=ε(a-x)b/d=C0(1-x/a),因此ΔC=-C0x/a,灵敏度S=-C0/a。
可见变面积型传感器是线性传感器,增大初始电容可以提高灵敏度。
1.3变介质型电容传感器二．电容式传感器的应用1.触摸屏广泛应用于我们日常生活各个领域，如手机、媒体播放器、导航系统数码相机、PDA、游戏设备、显示器、电器控制、医疗设备等。
电容式传感器的应用举例.
电容式传感器的应用举例
电容传感器可用来测量直线位移、角位移，振动振 幅(可测至0.05μm的微小振幅)，尤其适合测量高频振动 振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来 测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、 非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密 度、厚度等等。在自动检测和控制系统中也常常用来作 为位置信号发生器。
0
当测量导电固体的料位时，采用
P93图4—22（b）方案。
4、电容式位移传感器
1. 平面测端（电极） 2. 绝缘衬塞 3. 弹簧 7. 螺母
振动位移测量
电容式振动位移传感器应用示意图
贝尔实验室
指纹传感芯片：电容感应原理
Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传感 器组成。 当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器 的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅 表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各 点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。
r1
前述公式：
2x C ln D / d
h
对照着应用：
0
hx
20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1
r2
内外极板间要加绝缘层！
注意：不做特殊处理的情况下，仅可用于检测非导电液体介质。
20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1 C 2 0 S hx ln r2 / r1 h
电容式传感器医疗应用举例讲解
分类（按原理）
3. 变介电常数型 大多用于测量电介质的厚度(图a)、位移(图b)、液位(图c) 还可根据极板间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变 而改变来测量温度、湿度、容量(图d)等
在心音采集中的应用举例
原理
s 0 r s C
ε：介质介电常数 s ：极板面积 δ ：极板间距离
s
δ
ε
• 改变其中任意一个参数，均可改变电容量。 • 固定两个参数，可以做成三种类型的电容传感器
分类（按原理）
1. 变极距式 • 用于微动位移的测量 • 采用差动式结构
图4－1
分类（按原理）
优势
• 灵敏度高，能够较准确地测出心音信号 • 价格适中 • 使用方便
缺陷
• 受到外界环境噪声影响大，测试时必须保持环境安静 • 受到电磁辐射影响大 • 注意防潮
实际应用测试
正常心音
测试一
测试二
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• 电容式传感器：对外加极化电压
>>>END
THANKS
驻极体式声电传感器：将声信号转换为电信号
驻极体式传声器原理
• 本质：电容式传感器 • 驻极体：不需要外加极化电压——振动膜片一般由二氧化 硅或高分子聚合物做成，这些物质经ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ殊电处理后，表面 永久地驻有极化电荷。
P
金属层
动态时薄膜上下振动示意图
驻极体薄膜 空气间隙
E
R
铜 板
• 由于驻极体膜片具有永久性的电极化 ——在金属层上产生感应电荷Q • 声波传到振动膜片 ——等效距离发生变化 ——电容量C发生变化 ——电容两端的电压U发生变化 • 声压转换成了电压——心音信号转化成了电信号！
第三章 电容式传感器 第四节电容式传感器应用举例
二、电容式压 力传感器
这种传感器结构简单、灵敏度高、响应速 度快(约100ms)、能测微小压差(0～0.75Pa)。 它是由两个玻璃圆盘和一个金属(不锈钢)膜片 组成。两玻璃圆盘上的凹面其上各镀金属材料 作为电容式传感器的两个固定极板，而夹在两 凹圆盘中的膜片则为传感器的可动电极，则形
成传感器的两个差动电容C1、C2。当两边压力p1、 p2相等时，膜片处在中间位置与左、右固定电容 间距相等，因此两个电容相等；当p1＞p2时，膜 片弯向p2，那么两个差动电容一个增大、一个减
小，且变化量大小相同；当压差反向时，差动 电容变化量也反向。这种差压传感器也可以用 来测量真空或微小绝对压力，此时只要把膜片 的一侧密封并抽成高真空(10-5Pa)即可。
第三章 电容式传感器 第四节 电容式传感器应用举例
一、电容式测厚仪
1、运算型电容测厚传感器
在被测材的上下两侧各放置一块面积相等、与带 材距离相等的极板，极板与带材构成两个电容C1和C2。 把两块极板用导线连成一个电极，带材是电容的另一 电极，其总电容为Cx= C1 + C2 。
电容Cx与固定电容C0、变压器的次级L1和L2构成电 桥。 板材厚度变化时，Cx也变化。变化量耦合给运放， 再经整流滤波放大输出。同时由反馈回路将偏差信号
三. 电容式加速度传感器
四、电容式指纹传感器
• 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、 成本低，成像精度 高，而且耗电量很 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：
• 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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0
当测量导电固体的料位时，采用
P93图4—22（b）方案。
4、电容式位移传感器
1. 平面测端（电极） 2. 绝缘衬塞 3. 壳体 4. 弹簧卡圈 5. 电极座 6. 盘形弹簧 7. 螺母
振动位移测量
电容式振动位移传感器应用示意图
贝尔实验室
指纹传感芯片：电容感应原理
Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传感 器组成。 当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器 的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅 表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各 点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。
测量直线位移、角位移，振动振 幅(可测至0.05μm的微小振幅)，尤其适合测量高频振动 振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来 测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、 非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密 度、厚度等等。在自动检测和控制系统中也常常用来作 为位置信号发生器。
电容接近开关
5、电容式测厚传感器 应用
轧辊 工作极板
被测带材
其它应用： 转速测量
2 1 3
4
1 — 齿轮 2 — 定极 3 — 电容传感器 4 — 频率计
松下电器：家用皮肤水份计 该产品采用小型电容传感器，可在约3秒钟内测量人体皮肤 水份比率。该产品适合每天大部分时间都在使用空调的干燥办 公室中渡过、一直为皮肤干燥而烦恼的“职业女性”。 用户只须将由两个电极构成的小型电容传感器放在皮肤上约 3秒钟，便可以测量出角质层的水份比率。该产品能够以0.1%为 单位显示所测量含水率，同时在“干燥肌肤”到“湿润肌肤” 之间分5档进行显示。 另外，松下还通过减小传感器及零件的体积实现了高密度安 装，使得该产品机身体积减小，机身长143mm。另外，为便于 改善和预防干燥皮肤，该产品还附带护肤措施和改善生活习惯 的“参考手册”。
可见，两种介质的 介电常数相差越大，则 灵敏度越高； 两极板极距相差越 小，则灵敏度越高（但 受击穿电压的限制）
r1
0
hx
r2
传感器极板与被测介质绝缘则可以用同 样的原理测电介质液位。
射频电容式物位限位开关 高 温 型
防 腐 型
普通型
上限位 下限位
固体及液体料 仓的上下限位报 警及控制
产品名称:音叉式物位开关 产品型号: LS-YC 产品简介: LS-YC型音叉式液位限位开关是一种新型的液位限位开关。音 叉由晶体激励产生振动，当音叉被液体浸没时振动频率发生变 化，这个频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关量。 音叉式液位限位开关又被称作“电气浮子”，凡使用浮球限 位开关和由于结构、湍流、搅动、气泡、振动等原因不能使用 浮球限位开关的场合均可使用“电气浮子”。 由于该液位限 位开关无活动部件，因此无需维护和调整，是浮球限位开关的 升级换代产品。
当测量金属表面状况、距离尺寸、振动振幅时，往 往采用单电极式变极距型电容传感器，这时被测物是电 容器的一个电极，另一个电极则在传感器内。
一种差分式电容测压传感器结构示意图
电容式加速度传感器结构示意图
1.电极棒 2. 容器壁 3. 钢丝绳内 电极 4. 绝缘材料
电容式料位传感器结构图
1. 平面测端（电极） 2. 绝缘衬塞 3. 壳体 4. 弹簧卡圈 5. 电极座 6. 盘形弹簧 7. 螺母
音叉式物位开关放大图
电容式传感器也可以用来测固体块状、颗粒体及粉料
料位的情况。由于固体摩擦力较大，容易“滞留”，所以 一般采用单电极式电容传感器。
20 H H x 2H x C ln D / d ln D / d
H
Hx
2 0 C H x ln D / d
电容式振动位移传感器结构示意图
1、差动式电容压力、力传感器
构成： 膜片——动极板，一般采用 不锈钢材料制作，需要加预张力。 玻璃基片上镀有金属层的球 面极板，这里的球面很夸张。 球面的作用是压力过大时 （过载）保护膜片，并改善系统 的非线性。 后续测量电路常使用差动脉 冲调宽电路。
以差动电容为检测原理组成的 电容式差压变送器
力传感器
大吨位电子吊秤用电 容式称重传感器。
扁环形弹性元件内腔 上下平面上分别固连电容 传感器的定极板和动极板。
称重时，弹性元件受力变 形，使动极板位移，导致 传感器电容量变化。
2、电容式加速度传感器
构成： 两电容器的电容值为差 动变化 特点： 精度高 频响宽 量程大
3、电容式（液）料位传感器
r1
前述公式：
2x C ln D / d
h
对照着应用：
0
hx
20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1
r2
内外极板间要加绝缘层！
注意：不做特殊处理的情况下，仅可用于检测非导电液体介质。
20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1 C 2 0 S hx ln r2 / r1 h