电容式传感器的应用

电容式传感器的应用与发展

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电容式传感器的应用与发展

合肥学院电子信息与电气工程系09级自动化专业班姓名学号

摘要：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。[1]

关键词：电容式传感器；应用；发展

正文：

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(2) 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 变介电常数型电容传感器[2,3]

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。主流的触摸屏分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、声表面波式触摸屏、红外线式触摸屏等。其中，红外线式和电容式触摸屏能够支持多点触控，前者由于尺寸限制和线性度不高，尚不能满足消费类产品的要求，而电容式触摸屏因其相对可接受的成本以及良好的线性度和可操作性，是目前主流的多点触控技术。在实际生活中我们接触最多的还是电阻式触摸屏，它已经被广泛的应用在手机和随身数码产品当中。但电容式触摸屏将成为发展趋势，替代电阻式触摸屏。电容式触摸屏主要有两种类型：表面式电容触摸屏和投射式电容触摸屏。[4]

2.随着科学技术的发展, 新技术、新材料的的应用, 电容式测微仪器应用不断扩大, 尤其是在动态和在线检测方面具有极广阔的应用前景。主要是电容式变换方法较其它方式具有更多的优越性, 如它的输入能量极低, 动态响应快, 自热效应甚微, 稳定性好, 内磨损误差小。因此, 特别适宜动态、在线检测。它的相对变化量大, 能用在特殊环境下工作, 如在强光照射下、在核辐射条件, 过载冲击震动环境等。[5]

3.始于1998年的半导体指纹传感器应用多种新颖技术手段实现指纹图像采集,包括半导体电容式传感器、半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器等,其中,应用最广泛的是硅电容式指纹传感器。与光学设备多采用人工调整改善图像质量不同,半导体指纹传感器采用自动控制技术调节指纹图像像素行及指纹局部范围敏感程度,在不同环境下结合反馈信息生成高质量图像。由于提供了局部调整能力,即使对比度差的图像也能被有效检测到,并在捕捉瞬间为这些像素提高灵敏度,生成高质量指纹图像。半导体指纹传感器优点为图像质量较好、一般无畸变、尺寸较小、易集成于各种设备。硅电容式指纹图像传感器技术基础是电容值检测,包括常用的直流电容法(如美国Veridicom 公司FPS200等) 、交流电容法(如Authentec公司的芯片通过测量手指真皮层交流电容获取指纹图像) 。与光学传感器扫描指纹不同,硅电容式指纹传感器通过测量传感器与手指接触/非接触所产生电流变化(电子度量)检测有无指纹,并根据指纹峰、谷等纹理信息实现高可靠性图像搜索。其技术关键:在半导体金属阵列集成约100 000个电容式传感器(外层绝缘) ,传感器阵列每一点是个金属电极,相当于电容器阳极;手指放在上面时,皮肤组成电容另一极,传感面形成两极间介电层。电容值随脊(近的)和谷(远的)相对于传感器阵列的距离而改变。由于指纹纹路深浅不同,硅表面电容阵列各电容值亦有异,该电容值被转换成8 bit灰度图像,测量并记录各点电容值,即可获得具有灰度级指纹图像。当然,各厂商可能采用不同形式电容方法开发产品,其中,技术新颖且先进的首推Veridicom公司推出的Image2SeekTM ,它通过改变指纹传感器电容阵列参数,能在1 s内扫描多帧指纹图像,

并自动选择图像质量最好的。[6]

4.日本富士电机最新研发的FCX-AⅢ系列智能压力变送器的关键技术和特点。通过对硅微电容传感器原理和先进浮动膜盒结构的分析,FCX-AⅢ 列智能变送器采用了由微加工技术制造的硅微电容传感器和微处理器, 新型先进浮动膜盒结构, 多种通信协议等独创的关键技术, 使系列产品具有优异的特性和功能。[7]

三．电容式传感器在使用中存在的几个问题及处理方法

1.灵敏度的问题

由两平行板组成的一个电容器,若忽略其边缘效应,其电容量可用下式表示:C =ε0εr/d=εs/d(1)式中, S 为极板相互遮盖面积,单位为m2 ; d 为两平行板间的距离,单位为m;ε为极板间介质的介电常数;εr 极板间介质的相对介电常数;ε0 真空的介电常数。从上式可以看出,当d 小时可使电容量增大,而使灵敏度增加,但d 过小容易引起电容器击穿,一般我们可以采取在极板间放置云母来改善,此时电容C 为两电容串联,可写成:C = s((d - d0)/ε1+d0/ε2)(2)式中,ε1云母片的介电常数;ε 2 空气的介电常数; d0 为气隙宽度; d 为两极板间的距离。云母的介电常数为空气的7 倍,云母的击穿电压不少于103kv/ mm ,空气的击穿电压仅为3kv/ mm。厚度仅为0. 01mm的云母片,它的击穿电压也不小于10kv/mm ,因此有了云母片,极板之间的距离可大大减小,还能使电容传感器输出特性的线性得到改善。提高灵敏度除了采用加云母片的方法外,还可以采取以下措施:

(1) 提高电源频率。

(2) 减小极板厚度可削弱边缘效应。

2 .电容传感器中一些量的变化范围

在变极间距离的电容传感器中,由于减小极间距离可以提高灵敏度,多用来测量微米级的位移,一般极板间距离不超过1mm ,最大位移量应限制在间距的1/ 10 范围内;在变极板工作面积的传感器中,可以测量厘米级的位移。在电容传感器中,正确选择电容的大小是很重要的。合理的设计既可以使传感器满足测量范围的要求,又可以提高灵敏度,减小非线性误差。一般其电容的变化在103PF～104PF 范围内,相对值ΔC/C的变化则在10 - 6～1 范围内。电容元件输出阻抗一般在108Ω～106Ω之间,该数值还与所采用的交流电源频率有关。为了减小绝缘电阻的影响和提高灵敏度,电源频率一般采用在50kHz 以上,但是采用高频电源使信号放大、传输等问题比低频时复杂的多。

3 .分布电容的影响问题

电容传感器一个很关键的问题是分布电容电容量与传感器电容量相比不仅不能忽略,而且影响还极其严重,其后果是造成传输效率降低、灵敏度下降、测量误差增加及稳定性变差。近几年来,对此问题有了新的解决途径。其中“整体屏蔽法”就是一例。

4 .非线性问题

变间隙式电容传感器相对输出表达式为:ΔC/C=Δd/d[1 +Δd/d+ (Δd/d) 2 + (Δd/d) 3 + ??] (3)由上式可知,变间隙式电容传感器相对输出与输入为非线性关系。由于Δd/d< < 1 ,工程上常采用以下两种近似处理方法的办法: a) 近似线性处理:即取上式右边第一项近似,有:ΔC/C≈Δd/d(4) b) 近似非线性处理:即取相对输出表达式的前两项近似,有:

ΔC/C=Δd/d(1 +Δd/d) (5)上述两种近似产生的相对非线性误差为:r0 = ±|Δd/d| ×100 % (6)以上分析说明,相对非线性误差r0 与间隙d0 也成反比例关系,因此提高传感器的灵敏度和减小非线性误差是相矛盾的。在实际应用中,为解决这一矛盾,大都采用差动式电容传感器。[8]

四．电容式传感器的发展

目前传感器正在向新型多品种、高精度即小型化、集成化、多功能、智能化方向发展。近年来随着科学技术的发展,电容式传感器的缺点不断地被克服,应用也越来越广泛,尤其是出现了数字式智能化的电容式传感器,它是一种先进的数字式测量系统。将其测量部件技术与微理器的计算功能结合为一体,使得测量仪表至控制仪表成为全数字化系统。数字式智能化传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的传感器提高了很多。[9]

五．参考文献

1.陈霞吴春旺电容传感器在使用中存在的几个问题及处理方法 (济宁职业技术学院,山东济宁272037)

2.张白莉电容式传感器的应用和发展 (忻州师范学院,山西忻州034000)

3.马西秦自动检测技术机械工业出版社 2008-9

4.屈伟平电容式触摸屏将引领市场潮流 (解放军76410 部队广西桂林541001)

5.樊玉铭赵淑兰精密电容式测微仪及其应用 (天津大学精仪学院天津300072) (冶金部自动化研究院)

6.张亮指纹图像传感器技术关键及发展趋势 (江苏警官学院科技系,江苏南京210012)

7.韩建武发红富士FCX-AⅢ智能压力变送器的特点及应用 (苏州兰炼富士仪表有限公司, 江苏苏州 215200)

8.陈霞吴春旺电容传感器在使用中存在的几个问题及处理方法 (济宁职业技术学院,山东济宁272037)

9.从恒斌马彦国外传感器技术的发展及智能化趋势沈阳黄金学院辽宁省基础医学研究所

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。艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/ce2278951.html,。

压力传感器原理及应用-称重技术

压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。一、压阻式压力传感器固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 1、压阻式压力传感器基本介绍压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。半导体应变片与金属应变片相比，最突出的优点是它的体积小而灵敏高。它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大即可直接进行测量记录。此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽，从静态应变至高频动态应变都能测量。由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。但是半导体应变片也存在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变 —电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。扩散型压阻式传感器扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料，取向不同时特性不一样。因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻膜片。利用半导体压阻效应，可设计成多种类型传感器，其中压力传感器和加速度传感器为压阻式传感器的基本型式。硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片（硅杯）和引线等组成。硅膜片是核心部分，其外形状象杯故名硅杯，在硅膜上，用半导体工艺中的扩散掺杂法做成四个相等的电阻，经蒸镀金属电极及连线，接成惠斯登电桥再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相连接的高压腔，另一侧是低压腔，通常和大气相连，也有做成真空的。当膜片两边存在压力差时，膜片发生变形，产生应力应变，从而使扩散电阻的电阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相对应的电压，其大小就反映了膜片所受压力差值。

电容式传感器的特点及应用中存在的问题

电容式传感器的特点及应用中存在的问题张文杰保定天翔集团毛纺织有限责任公司河北保定071000 摘要：本文阐述了电容式传感器有温度稳定性好、结构简单、动态响应好、可以实现非接触测量，具有平均效应的优点，输出阻抗高，负载能力差、寄生电容影的及其缺点，以及在应用中存在的问题。关键词：电容、传感器、负载 Abstract:This paper describes the capacitive sensor has good temperature stability,simple structure,good dynamic response,non-contact measurement can be achieved,with the average effect of the advantages of high output impedance, load capacity is poor,and shortcomings of the parasitic capacitance of the film,and Problems in the application. Keywords:capacitors,sensors,load 1.电容式传感器的特点 1）优点（1）温度稳定性好。电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系统低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。而电阻传感器有电阻，供电后产生热量：电感式传感器有铜损、磁游和涡流损耗等，易发热产生零漂。（2）结构简单。电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强车船及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。（3）动态响应好。电容式传感器由于带电极板间的静电引力很小（约几个10-5N），需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小、很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特别适用于动态测量。又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数。（4）可以实现非接触测量，具有平均效应。例如，非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减少工作表面粗糙度等对测量的影响。电容式传感器除了上上述的优点外，还因其带电极板间的静电引力很小，所以输入和输入能量极小，因而可测极低的压力，以及很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨率高，能敏感0.01μm甚至更小的位移；由于其空气等介质损耗小，采用差动结构连接成电桥式时产生的零残极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度。 2）缺点（1）输出阻抗高，负载能力差。电容式传感器的容量受共电极的几何尺寸等限制，一般只有几pF到几百pF，使传感器的输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗高达106—108Ω。因此传感器的负载能力很差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取屏蔽措施，从而给设计和使用带来极大的不便。阻抗大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高（几十MΩ以上），否则绝缘部分将作为旁路电阻而影响仪器的性能（如灵敏度降低），为此还要特别注意周围的环境如温度、清洁度等。不采用高频供电，可降低传感器输出阻抗，但高频放大、传输远比低频的复杂，且寄生电容影响大，不易保证工作的稳定性。（2）。电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其寝电容量都很小（几pF到几十pF），而连接传感器和电子线路的引线电缆电容（1—2m导线可达800pF），电子线路的杂散电容，以及传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（职电缆电容）常常的随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。随着材料、工艺、电子技术，特别是集成技术的发展，使电容式传感器的优点得到发扬，而缺点不断地得到克服。电容式传感器正逐渐成为一种高灵敏度、高精度，在动态、低压及一些特殊测量方面大有发展前途的传感器。 2.应用中存在的问题 1）边缘效应以上分析各种电容式传感器进还忽略了边缘效应的影响。实际上当极板厚度h与极距d之比相对较大时，边缘疚的影响就不能忽略。这时，对极板半径为r的变极距型电容传感器。

压力传感器的分类及应用原理

压力传感器的分类及应用原理教程来源：网络作者：未知点击：28 更新时间：2009-2-16 10:11:30 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用 1、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情2、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 3、扩散硅压力传感器原理及应用工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一

4电容式传感器

电容式传感器一、单项选择题 1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将（）。 A. 保持不变 B.增大一倍 C. 减小一倍 D.增大两倍 4、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（）。 A．灵敏度会增加 B．灵敏度会减小 C．非线性误差增加 D．非线性误差不变 5、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）。 A．变间隙式 B．变面积式 C．变介电常数式 D．空气介质变间隙式 10、下列不属于电容式传感器测量电路的是（） A．调频测量电路 B．运算放大器电路 C．脉冲宽度调制电路 D．相敏检波电路 12、电容式传感器做成差动结构后，灵敏度提高了（）倍 A．1 B．2 C．3 D．0 三、填空题 1、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为的变化来实现对物理量的测量。 2、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为电容式传感器、电容式传感器和电容式传感器。 3、变极距型电容式传感器的灵敏度是指单位距离改变引起的。 4、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成关系。 10、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）外是线性的。四、简答题 1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？各适用于什么场合？ 3、差动结构的电容传感器有什么优点？ 6、影响电容式极距变化型传感器灵敏度的因素有哪些？提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？五、计算题 2、当差动式极距变化型的电容传感器动极板相对于定极板位移了△d=0.75mm时，若初始电容量C1=C2=80pF，初始距离d=4mm，试计算其非线性误差。若将差动电容改为单只平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？

电容式传感器在液位测量中的应用

电容式传感器在液位测量中的应用【摘要】本文主要介绍了电容式传感器在液体测量中的一项应用——电容式液位计。电容式液位计是企业自动化的重要检测工具.本文介绍的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。【关键词】电容式液位计;测量原理;连接电路洪水灾害是我国发生频率高、危害范围广、对国民经济影响最为严重的自然灾害。洪灾会造成江、河、湖、库水位猛涨，堤坝漫溢或溃决。所以一个安全，可靠，及时的水位测量系统显得尤为重要，目前我国较多使用的是浮子式水位测量计，虽然结构简单，但是干扰性较差，抗腐蚀能力也较低。本文根据检测与转化技术中的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。能够测量强腐蚀性的液体，如酸、碱、盐、污水等。 1.解决方案由于较多的降雨，水库的水位会增加，所以可以利用电容式传感器做成水位测量计。 1.1检测原理电容式液位计是根据电容的变化来实现液位高度测量的液位仪表，电容式液位计的主要构件包括容式物位传感器和检测电容的线路。电容式液位计在测量时是将一根金属棒探入被测量容器的溶液中，将金属棒作为电容的一极，将容器壁作为电容的另一极。电容式液位计在工作时，两个电极之间分别处于两种介质之中，而这两种介质的介电常数肯定是不同的，液体的介电常数ε1和气体的介电常数ε2之间存在一个差，这样同一段距离中ε1与ε2的比例不同，加和的结果也不同。电容式液位计测量时，加设ε1>ε2，那么当液位升高时，ε1占据的比例增大而ε2占据的比例减小，两个电极之间的总的介电常数值也就会随之增大，而电容量也就会相应增加，通过对电容量增加值的测算就可以得到液位高度值。在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，同心圆柱式电容器的电容量: C=■ 式中：

压力传感器分析

压力传感器压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面主要介绍这类传感器。本次选用上海葩星信息科技有限公司的PXF1030型压阻式压力传感器。压阻式压力传感器原理压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。压阻式传感器常用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。压阻效应当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计，前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。电阻式压力传感器与压阻式压力传感器的对比电阻式压力传感器传动电阻式传感器是将输入的机械量应变ε转换为电阻值变化的变换元件。电阻变换器的输入量为应变ε-ΔL/L，即材料的长度相对变化量，它是一个无量纲的相对值。通常ε-10-6为一个微应变。电阻变换器的输出量为电阻值的相对变化量ΔR/R0电阻变换器有金属电阻变换器和半导体电阻变换器两种类型。根据半导体材料的压阻效应Δρ/ρ-πσ且σ-Eε其中σ是应力（F/S）；π是压阻系数，E是弹性模量，所以电阻的相对变化为（ΔR/R）≈πEε。要测量其他物理量，如压力、力等，就需要先将应变片贴在相应的弹性元件上，这些物理量被转换为弹性元件的应变，再经应变片将应变转换为电阻输出量。

电容式传感器的应用和发展

电容式传感器的应用与发展前言电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种参量型传感器。电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，由于形式多种多样，传感器电容值相差很大。电容式传感器可分为变面积变化式、变间隙式、变介电常数式三类。变面积变化式一般用于测量角位移或较大的线位移。变间隙式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。变介电常数式常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。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。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。关键词：电容式传感器应用发展一、电容式传感器的基本工作原理由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为图1.1平行板电容器 ε为电容极板间介质的介电常数, ε=ε0·εr,其中ε0为真空介电常数, εr 为极板间介质相对介电常数; A 为两平行板所覆盖的面积; d 为两平行板之间的距离。当被测参数变化使得上式中的A ，d 或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, 而仅改变其中一个参数, 就可把该参数的变化转换为电容量的变化, 通过测量电路就可转换为电量输出。 d A c ε =

当动极板移动后，覆盖面积就发生了变化，电容也随之改变，下图为直线位移型电容式传感器的示意图，其为变面积式的一种。电容：电容增量：测量灵敏度：图1.2直线位移型此外，改变板间距d 或者电介质ε，便是变间隙式和变介电常数式电容传感器结构形式，结构形式如下图所示，图1.3变间隙式图1.4变间介电常数式二、电容式传感器在应用中的注意事项 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d 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。 x ?x ?

MEMS压力传感器原理与应用.

MEMS压力传感器原理与应用摘要：简述MEMS压力传感器的结构与工作原理，以及应用技术，MEMS压力传感器Die的设计、生产成本分析，从系统应用到销售链。关键词：MEMS压力传感器惠斯顿电桥硅薄膜应力杯硅压阻式压力传感器硅电容式压力传感器 MEMS（微电子机械系统）是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。 MEMS压力传感器可以用类似集成电路（IC）设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 MEMS压力传感器原理目前的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械电子传感器。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。 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

4电容式传感器习题

第4章电容式传感器电容式传感器可分为哪几类各自的主要用途是什么答:电容式传感器可分为三类，具体如下：（1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。（2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。（3）变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要如何解决答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，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，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 ! 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。（极板的有效面积为A ，真空介电常数为0ε ） (a ) (b ) (c ) 解（1）图(a )等效为三个平板电容器串联 0111 A C d εε= ，022 2 A C d εε= ，0333 A C d εε= 总电容量为 31232133121212301020301231111 d d d d d d C C C C A A A A εεεεεεεεεεεεεεεε++=++=++=串

故 < 01233 12123 213312 010203 A A C d d d d d d εεεεεεεεεεεεεεεε= = ++++串（2）图(b )等效为两个平板电容器并联 012A C C C d εε=== 0122A C C C d εε=+= 并（3）图(c )等效为两柱形电容器并联，总电容量为 ()H d d d d L d d H L d d H C )/ln()(2)/ln(2)/ln()(2/ln 212012012012εεππεπεπε-+=-+= 在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。已知：δ0=；D =；R =Ω；U sr =60V(交流)，频率f =400Hz 。试求： - (1)该电容传感器的电压灵敏度K u (V /μm )； (2)当电容传感器的动极板位移△δ=10μm 时，输出电压U sc 值。解：（1）根据图中所示的桥路连接方法，可得 2 21 121212 1 1 11 222 sr sc sr sr R U j C C C U U U C C j C C R R R j C j C ωωωω+ -=- = ?+++ ++ 初始电容

电容式传感器的应用与发展

电容式传感器的应用与发展系别电子信息与电气工程系专业自动化班级 12级自动化卓越班姓名刘安睿劼汪峰丁玉梦学号 120503 120503 1205031035 老师储忠成绩

电容式传感器的应用与发展摘要：电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种参量型传感器。它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、位移、液位、料面、成分含量等方面的检测。由于形式多种多样，传感器电容值相差很大。电容式传感器可分为变面积变化式、变间隙式、变介电常数式三类。变面积变化式一般用于测量角位移或较大的线位移。变间隙式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。变介电常数式常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等一系列优点，因此占有很重要的地位。文中主要介绍了电容式传感器的工作原理,应用及发展趋势。关键词：电容式传感器应用发展

目录一、电容式传感器的工作原理 (1) 二．电容式传感器的应用行业 (2) 三．电容式传感器的基本方法 (3) 1.普通交流电桥 (3) 2.变压式电桥 (4) 3.双T电桥电路 (4) 4.运算放大器式测量电路 (4) 5.脉冲调制电路 (5) 6.调频电路 (5) 四．电容式传感器在具体工程中的应用 (5) 1.电容式位移传感器 (5) 2.电容式转速传感器 (6) 3.电容式加速度传感器 (6) 4.电容式液位传感器 (6) 5.电容式湿度传感器 (7) 6.电容式测厚仪 (7) 五．电容式传感器的发展趋势 (7) 1.智能化 (7) 2. 微型化 (8) 六、参考文献 (8)

电容传感器论文.

滨江学院论文报告题目电容式传感器姓名靳炜学号20102305911 学院滨江学院专业电子信息工程年级10级指导老师周欣 2013年 6月 15 日

引言用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量（如位移、力、速度等）转换成电容变化的传感器称为电容传感器。从能量转换的角度而言，电容变换器为无源变换器，需要将所测的力学量转换成电压或电流后进行放大和处理。力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的量；这些量又都是通过长度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，如果要求测量极小距离或位移时要有较高的分辨率，其他传感器很难做到实现高分辨率要求，在精密测量中所普遍使用的差动变压器传感器的分辨率仅达到1～5 μm数量级；而有一种电容测微仪，他的分辨率为0.01 μm，比前者提高了两个数量级，最大量程为 100±5 μm，因此他在精密小位移测量中受到青睐。对于上述这些力学量，尤其是缓慢变化或微小量的测量，一般来说采用电容式传感器进行检测比较适宜，主要是

这类传感器具有以下突出优点： (1)测量范围大其相对变化率可超过100%； (2)灵敏度高如用比率变压器电桥测量，相对变化量可达10-7数量级； (3)动态响应快因其可动质量小，固有频率高，高频特性既适宜动态测量，也可静态测量； (4)稳定性好由于电容器极板多为金属材料，极板间衬物多为无机材料，如空气、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高温、低温强磁场、强幅射下长期工作，尤其是解决高温高压环境下的检测难题。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。

电容式传感器的发展及应用报告、论文(电子系-完整版

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电容式传感器应用与发展姓名（系09级自动化专业，0905075015）摘要：随着传感器不断的发展与成熟，电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，在农业、工业等领域的发展作出突出贡献。电容式传感器作为一项前途广阔的新型技术，日益受到人们的重视。关键词：电容传感器粮食水分液位前景 0 引言电容传感技术投入应用已长达一个世纪，它具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，具有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性。 1电容式传感器的应用 1.1电容式传感器在农业上的应用在农业生产中，长期以来，粮食水分检测一直依靠手搓、嘴咬、眼观为主要的判别方法，人为影响很大。但是国家在粮食收购过程中开始推行收购统一化、标准化，其中就包括粮食水分检测的标准化，因此设计一套粮食水分快速检测仪是十分必要的。传统的电烘箱恒重法是利用电阻炉加热并根据失去的质量来测量粮食的含水量，因此可以实现粮食水分的在线测量，并可以作为其它水分仪标定的标准装置。但它是一种间歇式的测量装置，测量周期较长，大约需要.40S，不能实现对粮食水分的连续测量，不利于提高控制指标。在研究了粮食的导电浴盆效应的基础上提出了用电容式传感器测量粮食的水分。这种方法把粮食作为电介质，通过测量粮食的介电常数来测量粮食的含水量。由于用电容式传感器测量电容时，在电容两端还有一个并联的电导成分，因此总的变化是由电容（C）与电导（G）的比值来反映的，又由于C/G 的值与相角有确定的函数关系，因此只要测量出相角的值即可以测量出水分的含量。用这种方法设计出的测量装置结构简单、成本低，并可以连续的在线测量。在设计中采用电容式传感器作为测量器件。该传感器是根据变介质型电容式传感器设计的。被测粮食放入电容式传感器两极板间时，由于粮食的含水量不同，从而使电容式传感器

电容式压力传感器的检测电路及仿真

电容式压力传感器的检测电路及仿真摘要本文详细的描述了电容式压力传感器的结构，工作原理，特性，发展现状和趋势等。并且在此基础上提出了电容式压力传感器的检测电路及其仿真方法，详细的分析了压力大小与电路输出电压之间的关系。关键词：传感器，工作原理，特性，检测电路，发展 I

目录摘要....................................................................................................I 1 绪论 (3) 2 压力传感器的结构 (3) 3 压力传感器的工作原理 (3) 4 电容式压力传感器 (5) 4.1 电容式传感器的原理及其分类 (5) 4.1.1 电容式传感器的原理 (5) 4.1.2 电容式传感器的分类 (6) 4.2 电容式压力传感器的工作原理 (7) 4.3 电容式压力传感器的特性 (7) 4.4 电容式压力传感器的等效电路 (8) 5 电容式压力传感器的检测电路 (9) 5.1 检测电路 (9) 5.2 结果分析 (11) 5.3 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 (12) 5.3.1 边缘效应的影响 (12) 5.3.2 寄生电容的影响 (12) 5.3.3 温度影响 (12) 6 电容式压力传感器的应用 (13) 7 电容式压力传感器的发展 (13) 8 结论 (14) 致谢 (16) 参考文献 (17) I I

1绪论科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类，现在，压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器，但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的传感器，它具有制造方便，成本低廉等特点，因此在非电物理量的测试、控制中得到了广泛的应用。尤其是在航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动测量与计量、称量等技术领域。电容式压力传感器是应用最广泛的一种压力传感器。 2压力传感器的结构压力传感器的结构如图1 所示。固定电极的半径为r0 ，厚度为h 的膜片组成可动电极，固定电极与可动电极间距离为d ，用绝缘体将可动电极固定。图 1压力传感器结构图 3压力传感器的工作原理在流体压力p 的作用下，膜片弯曲变形，则在r 处的挠度为式中:μ为弹性元件材料的泊松比，E 为杨氏模量。在r = 0 处，挠度最大，为 3

电容式传感器的应用

电容式传感器的应用关键词：电容式传感器、应用电容式传感器是一种将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。它结构简单，体积小，分辨率高，具有平均效应，测量精度高，可实现非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用在压力、差压、液位、振动、位移、加速度、成分以及石油油品含水量等方面的测量，是一种具有良好发展前景的传感器。 1.1加速度传感器电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。当车辆在极度不平的路面行驶时，车辆的扭振可能会通过传动系传到发动机曲轴，造成曲轴转速信号的变化，引起误判失火。对于上述情况，1991年加州法规中规定：“当失火无法与其它作用区分时，当最好的诊断技术和方法在某些特定的条件下无法工作时，失火诊断系统可以不工作”。而到目前为止，大多数研究者都是采用曲轴转速不均匀性诊断失火的方法，所以上述规定是针对发动机在显示低负荷和车辆在不平路面行驶时的情况。加速度传感器的输出就是作为关闭失火诊断的阀值。ECU中定义了一个垂直方向的加速

度极限值，凡是超过这个加速度范围的，就有可能出现失火的误判，这个时候就应该关闭失火诊断功能。加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化，因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制，就变得很简单。用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向，实现所要显示图像的转正。 GPS系统是通过接收三颗呈120度分布的卫星信号来最终确定物体的方位的。在一些特殊的场合和地貌，如遂道、高楼林立、丛林地带，GPS信号会变弱甚至完全失去，这也就是所谓的死角。而通过加装加速度传感器及以前我们所通用的惯性导航，便可以进行系统死区的测量。对加速度传感器进行一次积分，就变成了单位时间里的速度变化量，从而测出在死区内物体的移动。 1.2电容式位移传感器电容式位移传感器主要用于解决下述各种测量问题：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。 1.3自动化生产设备上全自动硬胶囊填充机简要运行流程如下:首先空壳硬胶囊由料斗灌入设备，装在料斗里的硬胶囊随着机器的运转，逐个进入料斗下方顺序装置的顺序叉内，经过胶囊导槽和拨叉的作用使胶囊调头，机器每动作一次，释放一排胶囊进人模块孔内，并使其体（长度较长的半

电容式传感器的应用与发展

传感器检测与运用题目电容式传感器的应用与发展姓名王鑫学院工学院专业交通运输班级交运114班学号 30211418 指导老师卢伟职称讲师 2 0 1 3 年 1 2 月 2 8 号

电容式传感器的应用与发展电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种参量型传感器。电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，由于形式多种多样，传感器电容值相差很大。电容式传感器可分为变面积变化式、变间隙式、变介电常数式三类。变面积变化式一般用于测量角位移或较大的线位移。变间隙式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。变介电常数式常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。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。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。而本文主要介绍了电容式传感器的工作原理,应用及发展趋势。一、电容式传感器的基本工作原理由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为图1.1平行板电容器 ε为电容极板间介质的介电常数,ε=ε0·εr,其中ε0为真空介电常数,εr 为极板间介质相对介电常数;A 为两平行板所覆盖的面积;d 为两平行板之间的距离。当被测参数变化使得上式中的A ，d 或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, 而仅改变其中一个参数, 就可把该参数的变化转换为电容量的变化, 通过测量电路就可转换为电量输出。当动极板移动后，覆盖面积就发生了变化，电容也随之改变，下图为直线位移型电容式传感器的示意图，其为变面积式的一种。 d A c ε=x ?

传感器原理与应用习题第4章电容式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第4章电容式传感器 4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？答：（1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。（2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。（3）变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。 4-2 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差？答：原因：灵敏度S 与初始极距0δ的平方成反比，用减少0δ的办法来提高灵敏度，但0δ的减小会导致非线性误差增大。采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。 4-3 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？设计和应用中如何解决这些问题？答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，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，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。解决：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术。 4-4 电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的目的及特点是什么？使用这些测量电路时应注意哪些问题？ 4-5 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。4-6 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。 4-7 试计算图P4-1所示各电容传感元件的总电容表达式。 4-8如图P4-2所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，已知原始极距1δ＝2δ＝

传感器原理及其应用论文

传感器原理及其应用论文摘要：在科学技术高速发展的现代社会中，人类已经入瞬息万变的信息时代，人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术，光电半导体技术，光导纤维技术以及光栅技术的发展，使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点，在自动检测技术中得到了广泛应用，它一种是以光电效应为理论基础，由光电材料构成的器件。一、传感器简介传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。（1）、传感器定义及分类信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。（2）、传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊