电容式传感器
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ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ
电容式传感器
寻 艳 芳
（ 济宁技 师学院 ，山东济 宁 ２ ７ ２ ０ ０ ０ ）
摘 要 电容式传感器是一种把非 电物理 量转换 成与之 有确定对应 关系的电容量 ， 再通过测量 电路转换成 电压（ 或
在 高度发达 的现代 社会 中，科 学技术 的突 飞猛进和 生产 而对结 构尺寸 的变化特别敏感 。此外 电介质 的介 电常数 也会 过程 的高度 自动化 已成 为社会发 展的必然趋 势，而它们 的共 因为温 度的变化 而发生改变 。而要减小温度对 测量结果 的影 同要求是必 须建立在强 大的信息工业 基础上 。人 们只有从 外 响 ，可采取 以下方式 ： （ １ ）在设计 电容式传感器 时，选择合 界获取大量 准确、可靠 的信息 ，再经 过 系列 的科学分析 、 理的极板间距 。 （ ２ ）在制造 电容 式传感器 时，选用温度膨胀 处理、加工 ，才 能认识和 掌握 自然界 中的各种现 象及其相 关 系数小 ，几何尺寸稳定 的材料及 电介质 。 （ ３ ）测量 电路采用 发展 变化规 律，进而促成科 学技术 的发展 。现代 信息技术 的 差动对称 结构。 三 大基础是信 息采集 ，信 息传输和信 息处理 ，而信 息采集用 （ 二 ） 电容 电场 的边缘效应 。所 谓电容 电场 的边缘 效应 到 的便是传感 器技术 。传感 器是信息采 集系统 的首要部件 ， 指的是在极 板的边缘 附近 ，电场分 布是不均匀 的，这就相 当 是实现现代 化测 量和 自动控制的主要环节 。 于传感器并 联 了一个 附加 电容 ，导致传 感器的灵敏度 下降和 传 感器 ，Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ Ｏ ｒ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ，是 一种 能感受被测量 非线性增加 。为 了减小边 缘效应对测量 结果的影 响，可 采取 并按 一定的规律 转换成有用 （ 与之有对应 关系 的且 易于处理 以下 措施 （ １ ） 在制造 电容器 时， 选择合理 的初始 电容量 。（ ２ ） 和控制 ） 输 出信号 的器件或装置 ， 它 由三部分组 成 敏 感元件、 加 装等位环 。具体做法 为：在极板 Ａ的同一平面 内，加 一个 转换元 件和测量 电路。传感器 的分类方式 有多种 ，其 中按照 同心环 面 Ｇ 。Ａ和 Ｇ在 电气上 相互 绝缘 ，二 者之 间 的间 隙越 工作 原理分类 ，可分为： 电阻式 传感器 、电容式传 感器、 电 小越好 。使用 时必 须保 持 Ａ和 Ｇ等电位 ，故而称 Ｇ为等位环 。 感式传感器 、压 电式传感器 、霍尔式传感器 、光 电式传感器 、 这样可使 极板边缘 处的电场接近匀强电场 了。 热敏式传感器 。而这里要论述 的是 电容式传感器 。 （ 三 ）寄生 电容 的影 响。任 何两个彼此 绝缘的导体均可 电容 式传感器 是一种把非 电物 理量转换成 与之有确 定对 构成 电容器 。电容 式传感器 除 了两个极板 间的 电容外 ，还可 应关系 的电容量 ，再 通过测量 电路转换成 电压 （ 或 电流 ）信 以与 周围导体产 生 电容联 系。这种 电容称 为寄生 电容 。有 些 号的一种装置 。Βιβλιοθήκη Baidu在非 电量检测 中应用十分广泛 。 电容式传 感器本 身电容很小 ，那 么寄生 电容就会 使传感器 电 电容 式传感器具 有温 度稳定性 好、结构简 单、动态 响应 容量发 生明显改变 。而且寄生 电容极不稳定 ，从 而导致传感 好 、可实现 非接触测量 等优点 ；但 电容式传感器 的泄漏 电阻 器特性的不稳定 ，对传感器产 生严重干扰 。 和 非线性等 缺点也给 它的应用带来 了一定 的局 限性 。随着材 为 了克服 寄生电容 的影响，必须对传感器 进行静电屏蔽 ， 料 、工艺、 电子 集成技术 的发展 ，使 电容 式传感器 的优 点得 即将 电容器极板放置在金属壳 内，并将壳体 良好接地 。同时 ， 到 了发扬 ，而缺 点也在不 断的克服 中，电容式传感 器逐渐成 电极引 出线也必须用屏蔽线 ，且屏蔽线外套也要 良好接地 。 为 高灵敏度 、高精度 的传 感器 。 四、电容式传 感器应用举例 电容式传感器的工作原理 （ 一 ）电容式接近开关 。测量头构成 电容器 的一个极板 ， 电容式传感 器实质 是一种有可变参 数 的平行板 电容器 。 另一个极板是物体本身 ，当物体移 向接近开关时，物体和接近 平行板 电容器 是 由两块相距 很近 的平行 金属板 ，中间夹上一 开关 的介 电常数发生变化，使得和测量头相连 的电路状态也随 层绝缘 物质构成 。其 中这两块 金属板称 为电容器 的极板 ，绝 之发生变化，由此便可控制开关的接通和关 断，接近 开关 的检 缘物质 称为 电介质 。 电容器 的电容量与两 极板 间介质 的介 电 测物体， 并不限于是金属导体 ， 也可 以是绝缘的液体或粉状物体。 常数 、两极板 的相对 覆盖面积 ，两极板 间距离有关 。这三个 （ 二 ）电容式键盘 。常用 的键盘有 两种：机械按键 和 电 参数 的改变均使 电容 Ｃ发生变化 。因此可 以固定其 中两个参 容按键两种。电容式键盘是基于 电容式开关 的键盘，原理是通 数不变 ，而 使另外一 个参数改变 。如果变化 的参数与被 测量 过按键改变电极 间的距离产生电容量的改变 ，暂时形成震荡脉 之 间存在 一定 的函数 关系 ，那被测 量的变化就 可 以直接 由电 冲允许通过的条件 。 这种 开关是无触点非接触式的， 磨损率小。 容的变化 反映 出来 。由此 ，可 以把 电容式传感 器分为三 种类 （ 三 ）电容 式指纹传感器 。 电容式指纹 传感器有单触 型 型：１ ． 变 面积 式电容传 感器—— 两极板的相对覆盖面积变化 ， 和划擦 型两种 ，是 目前最新 型的固态指 纹传 感器 ，它们 都是 介 电常数、极板 间距 离不变 。２ ． 变极距 式 电容传感器—— 极 通过在 触摸过程 中 电容 的变 化来进行信 息采 集的 。当指 纹中 板间距离变化 ，介 电常数 、极板的相对 覆盖 面积不变 。３ ．变 的凸起部分置于传感器 电容 像素 电极上 时，电容会有所增加 ， 介 电常数式 电容传感器—— 介 电常数 变化 ，极板 的相对覆 盖 通过检测增加 的电容来进行数据采集 面积 、极板间距离不变。 （ 四 ）电容式 听诊器 。医学上常用 的电容式听诊器是 一 二 、电容式传感器 的测量 电路 种单 电容 式压力传 感器 ，一个 极板在听诊器 的 内部 ，另一 极 电容式传感 器的测量 电路主要 是把 电容转换 为 电压 （ 或 板 为听诊 器的膜片 。当绷紧 的膜 片受声压作用 ，极板 间距 发
电流 ） 信 号的一种装置。电容式传感器逐渐成 为高灵敏度 、高精 度的传感器。 关键 词 ： 电容 ；极 板 ； 电介 质
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ ４ — ７ ７ １ ２（ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ ￣ ０ ０ ９ ８ — ０ １
电容式传感器
寻 艳 芳
（ 济宁技 师学院 ，山东济 宁 ２ ７ ２ ０ ０ ０ ）
摘 要 电容式传感器是一种把非 电物理 量转换 成与之 有确定对应 关系的电容量 ， 再通过测量 电路转换成 电压（ 或
在 高度发达 的现代 社会 中，科 学技术 的突 飞猛进和 生产 而对结 构尺寸 的变化特别敏感 。此外 电介质 的介 电常数 也会 过程 的高度 自动化 已成 为社会发 展的必然趋 势，而它们 的共 因为温 度的变化 而发生改变 。而要减小温度对 测量结果 的影 同要求是必 须建立在强 大的信息工业 基础上 。人 们只有从 外 响 ，可采取 以下方式 ： （ １ ）在设计 电容式传感器 时，选择合 界获取大量 准确、可靠 的信息 ，再经 过 系列 的科学分析 、 理的极板间距 。 （ ２ ）在制造 电容 式传感器 时，选用温度膨胀 处理、加工 ，才 能认识和 掌握 自然界 中的各种现 象及其相 关 系数小 ，几何尺寸稳定 的材料及 电介质 。 （ ３ ）测量 电路采用 发展 变化规 律，进而促成科 学技术 的发展 。现代 信息技术 的 差动对称 结构。 三 大基础是信 息采集 ，信 息传输和信 息处理 ，而信 息采集用 （ 二 ） 电容 电场 的边缘效应 。所 谓电容 电场 的边缘 效应 到 的便是传感 器技术 。传感 器是信息采 集系统 的首要部件 ， 指的是在极 板的边缘 附近 ，电场分 布是不均匀 的，这就相 当 是实现现代 化测 量和 自动控制的主要环节 。 于传感器并 联 了一个 附加 电容 ，导致传 感器的灵敏度 下降和 传 感器 ，Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ Ｏ ｒ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ，是 一种 能感受被测量 非线性增加 。为 了减小边 缘效应对测量 结果的影 响，可 采取 并按 一定的规律 转换成有用 （ 与之有对应 关系 的且 易于处理 以下 措施 （ １ ） 在制造 电容器 时， 选择合理 的初始 电容量 。（ ２ ） 和控制 ） 输 出信号 的器件或装置 ， 它 由三部分组 成 敏 感元件、 加 装等位环 。具体做法 为：在极板 Ａ的同一平面 内，加 一个 转换元 件和测量 电路。传感器 的分类方式 有多种 ，其 中按照 同心环 面 Ｇ 。Ａ和 Ｇ在 电气上 相互 绝缘 ，二 者之 间 的间 隙越 工作 原理分类 ，可分为： 电阻式 传感器 、电容式传 感器、 电 小越好 。使用 时必 须保 持 Ａ和 Ｇ等电位 ，故而称 Ｇ为等位环 。 感式传感器 、压 电式传感器 、霍尔式传感器 、光 电式传感器 、 这样可使 极板边缘 处的电场接近匀强电场 了。 热敏式传感器 。而这里要论述 的是 电容式传感器 。 （ 三 ）寄生 电容 的影 响。任 何两个彼此 绝缘的导体均可 电容 式传感器 是一种把非 电物 理量转换成 与之有确 定对 构成 电容器 。电容 式传感器 除 了两个极板 间的 电容外 ，还可 应关系 的电容量 ，再 通过测量 电路转换成 电压 （ 或 电流 ）信 以与 周围导体产 生 电容联 系。这种 电容称 为寄生 电容 。有 些 号的一种装置 。Βιβλιοθήκη Baidu在非 电量检测 中应用十分广泛 。 电容式传 感器本 身电容很小 ，那 么寄生 电容就会 使传感器 电 电容 式传感器具 有温 度稳定性 好、结构简 单、动态 响应 容量发 生明显改变 。而且寄生 电容极不稳定 ，从 而导致传感 好 、可实现 非接触测量 等优点 ；但 电容式传感器 的泄漏 电阻 器特性的不稳定 ，对传感器产 生严重干扰 。 和 非线性等 缺点也给 它的应用带来 了一定 的局 限性 。随着材 为 了克服 寄生电容 的影响，必须对传感器 进行静电屏蔽 ， 料 、工艺、 电子 集成技术 的发展 ，使 电容 式传感器 的优 点得 即将 电容器极板放置在金属壳 内，并将壳体 良好接地 。同时 ， 到 了发扬 ，而缺 点也在不 断的克服 中，电容式传感 器逐渐成 电极引 出线也必须用屏蔽线 ，且屏蔽线外套也要 良好接地 。 为 高灵敏度 、高精度 的传 感器 。 四、电容式传 感器应用举例 电容式传感器的工作原理 （ 一 ）电容式接近开关 。测量头构成 电容器 的一个极板 ， 电容式传感 器实质 是一种有可变参 数 的平行板 电容器 。 另一个极板是物体本身 ，当物体移 向接近开关时，物体和接近 平行板 电容器 是 由两块相距 很近 的平行 金属板 ，中间夹上一 开关 的介 电常数发生变化，使得和测量头相连 的电路状态也随 层绝缘 物质构成 。其 中这两块 金属板称 为电容器 的极板 ，绝 之发生变化，由此便可控制开关的接通和关 断，接近 开关 的检 缘物质 称为 电介质 。 电容器 的电容量与两 极板 间介质 的介 电 测物体， 并不限于是金属导体 ， 也可 以是绝缘的液体或粉状物体。 常数 、两极板 的相对 覆盖面积 ，两极板 间距离有关 。这三个 （ 二 ）电容式键盘 。常用 的键盘有 两种：机械按键 和 电 参数 的改变均使 电容 Ｃ发生变化 。因此可 以固定其 中两个参 容按键两种。电容式键盘是基于 电容式开关 的键盘，原理是通 数不变 ，而 使另外一 个参数改变 。如果变化 的参数与被 测量 过按键改变电极 间的距离产生电容量的改变 ，暂时形成震荡脉 之 间存在 一定 的函数 关系 ，那被测 量的变化就 可 以直接 由电 冲允许通过的条件 。 这种 开关是无触点非接触式的， 磨损率小。 容的变化 反映 出来 。由此 ，可 以把 电容式传感 器分为三 种类 （ 三 ）电容 式指纹传感器 。 电容式指纹 传感器有单触 型 型：１ ． 变 面积 式电容传 感器—— 两极板的相对覆盖面积变化 ， 和划擦 型两种 ，是 目前最新 型的固态指 纹传 感器 ，它们 都是 介 电常数、极板 间距 离不变 。２ ． 变极距 式 电容传感器—— 极 通过在 触摸过程 中 电容 的变 化来进行信 息采 集的 。当指 纹中 板间距离变化 ，介 电常数 、极板的相对 覆盖 面积不变 。３ ．变 的凸起部分置于传感器 电容 像素 电极上 时，电容会有所增加 ， 介 电常数式 电容传感器—— 介 电常数 变化 ，极板 的相对覆 盖 通过检测增加 的电容来进行数据采集 面积 、极板间距离不变。 （ 四 ）电容式 听诊器 。医学上常用 的电容式听诊器是 一 二 、电容式传感器 的测量 电路 种单 电容 式压力传 感器 ，一个 极板在听诊器 的 内部 ，另一 极 电容式传感 器的测量 电路主要 是把 电容转换 为 电压 （ 或 板 为听诊 器的膜片 。当绷紧 的膜 片受声压作用 ，极板 间距 发
电流 ） 信 号的一种装置。电容式传感器逐渐成 为高灵敏度 、高精 度的传感器。 关键 词 ： 电容 ；极 板 ； 电介 质
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ ４ — ７ ７ １ ２（ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ ￣ ０ ０ ９ ８ — ０ １