第04章電容式傳感器課件

學(xué)習(xí)要求1.掌握電容式傳感器工作原理

2.掌握電容式傳感器的分類、及它們各自的特點(diǎn)3.了解電容式傳感器的測(cè)量電路1第四章電容式傳感器學(xué)習(xí)要求1.掌握電容式傳感器工作原理

1第四章電容式傳感1指紋識(shí)別傳感器指紋識(shí)別傳感器圖為IBMThinkpadT42/T43

的指紋識(shí)別傳感器2指紋識(shí)別傳感器指紋識(shí)別傳感器圖為IBMThinkpadT42電容式指紋識(shí)別傳感器指紋識(shí)別目前最常用的是電容式傳感器，也被稱為第二代指紋識(shí)別系統(tǒng)。下圖為指紋經(jīng)過處理后的成像圖：3電容式指紋識(shí)別傳感器指紋識(shí)別目前最常用的是電容式傳感器，也被3電容式指紋識(shí)別傳感器4電容式指紋識(shí)別傳感器44電容式指紋識(shí)別傳感器指紋識(shí)別所需電容傳感器包含一個(gè)大約有數(shù)萬個(gè)金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面5電容式指紋識(shí)別傳感器指紋識(shí)別所需電容傳感器包含一個(gè)大約有數(shù)萬5電容式指紋識(shí)別傳感器當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列/絕緣物/皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠(yuǎn)的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。6電容式指紋識(shí)別傳感器當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，金屬導(dǎo)體陣列/絕6電容式指紋識(shí)別傳感器它的優(yōu)點(diǎn)：體積小成本低成像精度高耗電量很小，因此非常適合在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中使用。7電容式指紋識(shí)別傳感器它的優(yōu)點(diǎn)：774.1電容傳感器原理電容式傳感器是將被測(cè)量（如尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容變化量的一種傳感器。實(shí)際上,它本身（或和被測(cè)物）就是一個(gè)可變電容器84.1電容傳感器原理電容式傳感器是將被測(cè)量（如尺寸、壓力等84.1電容傳感器原理平行板電容器的電容為：

(4-1)上式中，哪幾個(gè)參量是變量？可以做成哪幾種類型的電容傳感器？94.1電容傳感器原理平行板電容器的電容為：(4-1)上式94.2電容傳感器分類

根據(jù)其改變參數(shù)不同，可將電容式傳感器分為下三種：改變極板間距離(δ)的極距型傳感器改變極板遮蓋面積（A

）的面積型傳感器改變電介質(zhì)介電常數(shù)（ε0）的介質(zhì)型傳感器104.2電容傳感器分類根據(jù)其改變參數(shù)不同，可將電容104.2電容傳感器分類電容式傳感器極距型面積型介質(zhì)型電容傳感器分類結(jié)構(gòu)圖如下114.2電容傳感器分類電容式傳感器極距型面積型介質(zhì)型電容傳感11分類示意圖c)介質(zhì)變化型b)面積變化型:角位移型,平面線位移型,柱面線位移型.a)極距變化型;+++++++++分類示意圖c)介質(zhì)變化型b)面積變化型:角位移型,平面線位124.2.1極距式電容傳感器極距式電容傳感器當(dāng)傳感器的εr和A為常數(shù),初始極距為δ0時(shí),由式(4-1)可知其初始電容量C0為(4-2)+++13為真空介電常數(shù)為相對(duì)介電常數(shù)4.2.1極距式電容傳感器極距式電容傳感器當(dāng)傳感器的εr和134.2.1極距式電容傳感器若電容器極板間距離由初始值δ0縮小Δδ,電容量增大ΔC,則有

144.2.1極距式電容傳感器若電容器極板間距離由初始值δ0縮144.2.1極距式電容傳感器由前式可知,傳感器的輸出特性C=f(δ)不是線性關(guān)系,而是雙曲線關(guān)系此時(shí)C1與Δδ近似呈線性關(guān)系,所以變極距型電容式傳感器只有在Δδ

/δ0很小時(shí),才有近似的線性輸出154.2.1極距式電容傳感器由前式可知,傳感器的輸出特性C15時(shí)，展開為級(jí)數(shù)形式因，忽略高次項(xiàng)上式表明，在條件下，電容的變化與極板間距變化量近似是線性關(guān)系。時(shí)，展開為級(jí)數(shù)形式因，忽略高次項(xiàng)上式表明，在16①欲提高靈敏度，應(yīng)減小間隙δ，但受電容器擊穿電壓的限制.為此,極板間可采用高介電常數(shù)的材料（云母、塑料膜等）作介質(zhì)；②非線性隨相對(duì)位移的增加而增加，為保證一定的線性度，應(yīng)限制動(dòng)極板的相對(duì)位移量。③為改善非線性，可以采用差動(dòng)式。①欲提高靈敏度，應(yīng)減小間隙δ，但受電容器擊穿電壓的限制.17·δδC1C2

動(dòng)極板上移Δδ

，則C1增大，C2減小，初始電容用C0來表示，則：差動(dòng)電容器輸出：忽略高次項(xiàng)：靈敏度提高一倍，非線性誤差減小?！う摩腃1C2動(dòng)極板上移Δδ，則C1增大，C2減小，初184.2.1極距式電容傳感器加入云母片時(shí)電容C變?yōu)?式中:

εg—云母的相對(duì)介電常數(shù),εg=7ε0—空氣的介電常數(shù),ε0=8.85x10exp(-12)

F/m—空氣隙厚度

—云母片的厚度194.2.1極距式電容傳感器加入云母片時(shí)電容C變?yōu)?式中:194.2.1極距式電容傳感器云母片的相對(duì)介電常數(shù)是空氣的7倍,其擊穿電壓不小于1000kV/mm,而空氣的僅為3kV/mm。因此有了云母片,極板間起始距離可大大減小。同時(shí),式中的(

/ε0εg)項(xiàng)是恒定值,它能使傳感器的輸出特性的線性度得到改善。一般變極板間距離電容式傳感器起始電容在20～100pF之間,極板間距離在25～200μm的范圍內(nèi),最大位移應(yīng)小于間距的1/10,故在微位移測(cè)量中應(yīng)用最廣204.2.1極距式電容傳感器云母片的相對(duì)介電常數(shù)是空氣的7倍204.2.2變面積型電容式傳感器改變極板間覆蓋面積的電容式傳感器，常用的有角位移型和線位移型兩種。圖為典型的角位移型電容式傳感器當(dāng)動(dòng)板有一轉(zhuǎn)角時(shí)，與定板之間相互覆蓋的面積就發(fā)生變化，因而導(dǎo)致電容量變化。+++214.2.2變面積型電容式傳感器改變極板間覆蓋面積的電容式傳214.2.2變面積型電容式傳感器當(dāng)覆蓋面積對(duì)應(yīng)的中心角為a、極板半徑為r時(shí)，覆蓋面積為s=ar2/2，電容量為：其靈敏度為：224.2.2變面積型電容式傳感器當(dāng)覆蓋面積對(duì)應(yīng)的中心角為a、224.2.2變面積型電容式傳感器線位移型電容式傳感器平面線位移型和圓柱線位移型兩種。234.2.2變面積型電容式傳感器線位移型電容式傳感器23234.2.2變面積型電容式傳感器對(duì)于平面線位移型電容式傳感器，當(dāng)寬度為b的動(dòng)板沿箭頭x方向移動(dòng)時(shí)，覆蓋面積變化，電容量也隨之變化電容量為：24baδΔx其靈敏度為：4.2.2變面積型電容式傳感器對(duì)于平面線位移型電容式傳感器244.2.2變面積型電容式傳感器對(duì)于圓柱線位移型電容式傳感器，當(dāng)覆蓋長(zhǎng)度x變化時(shí)，電容量也隨之變化其電容為：（4-8）式中

x——外圓筒與內(nèi)圓筒覆蓋部分長(zhǎng)度；

r1、r2——外圓筒內(nèi)半徑與內(nèi)圓筒（或內(nèi)圓柱）外半徑，即它們的工作半徑其靈敏度為：254.2.2變面積型電容式傳感器對(duì)于圓柱線位移型電容式傳感器25線位移角位移單組式差動(dòng)式平板結(jié)構(gòu)對(duì)極距變化特別敏感，測(cè)量精度受到影響。而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，成為實(shí)際中最常用的結(jié)構(gòu)。線位移角位移單組式差動(dòng)式平板結(jié)構(gòu)對(duì)極距變化特別26可見變面積式電容傳感器輸出是線性的，靈敏度為一常數(shù)。①增大初始電容C0可以提高傳感器的靈敏度；②極板寬度a的大小不影響靈敏度，但不能太小，否則邊緣電場(chǎng)影響增大，非線性將增大；③△X變化不能太大，否則邊緣效應(yīng)會(huì)使傳感器特性產(chǎn)生非線性變化。（因?yàn)橐陨系耐茖?dǎo)是在忽略邊緣效應(yīng)的情況下進(jìn)行的）。可見變面積式電容傳感器輸出是線性的，靈敏度為一常數(shù)。274.2.3變介電常數(shù)型電容傳感器28（主要測(cè)量厚度、液位、介值的溫度和濕度等）xh2r2R類型1：

被測(cè)液體的液面在電容式傳感器元件的兩同心圓柱型電極間變化時(shí)，引起極間不同介電常數(shù)的高度發(fā)生變化，導(dǎo)致電容的改變。

ε1－液體介質(zhì)介電常數(shù)；

ε0－空氣中介電常數(shù)（F/m）；

h－電極板總長(zhǎng)度（m）；

r－內(nèi)電極板外徑（m）；

R－外電極板內(nèi)徑（m）；

x－液面高度（m）。

可見，輸出電容C與液面高度x成線性關(guān)系。液面高度ε0ε14.2.3變介電常數(shù)型電容傳感器28（主要測(cè)量厚度、液位、28類型2：δd面積S氣隙

當(dāng)某種介質(zhì)在兩固定極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容輸出與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系為：d—運(yùn)動(dòng)介質(zhì)的厚度（m）可見：①若厚度d保持不變，介電常數(shù)εr改變（如濕度變化），可做成濕度傳感器；②若εr不變，可做成測(cè)厚傳感器類型2：δd面積S氣隙當(dāng)某種介質(zhì)在兩固定極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)294.3電容式傳感器的常用測(cè)量電路用于電容式傳感器的測(cè)量電路很多,常見的電路有:運(yùn)算放大器測(cè)量電路雙T電橋電路此外電容式傳感器的測(cè)量電路還有普通交流電橋電路、變壓器電橋電路和緊耦合電感臂電橋電路等調(diào)頻電路脈沖調(diào)制電路304.3電容式傳感器的常用測(cè)量電路用于電容式傳感器的測(cè)量電路30

測(cè)量線路是電容傳感器的一個(gè)重要組成部分，其主要作用為：①給電極提供一個(gè)合適的激勵(lì)源，以便在形成的電場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)能量變換；②檢測(cè)出電場(chǎng)能量的變化，形成可供實(shí)用的電信號(hào)；③在可能條件下，實(shí)現(xiàn)傳感器特性的線性化處理與信號(hào)變換。4.3電容式傳感器的常用測(cè)量電路測(cè)量線路是電容傳感器的一個(gè)重要組成部分，其主要作用為31電容傳感器等效電路圖中C為傳感器電容，RP為低頻損耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗，Rs為高頻、高溫、高頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)損耗電阻，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻；L為電容器及引線電感；CP為寄生電容，克服其影響是提高電容傳感器實(shí)用性能的關(guān)鍵之一?？梢娫趯?shí)際應(yīng)用中，特別在高頻激勵(lì)時(shí)，尤需要考慮L的存在，會(huì)使傳感器有效電容改變，從而引起傳感器有效靈敏度的改變。在這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。電容傳感器等效電路圖中C為傳感器電容，RP為低頻損32一、交流電橋電路VZ1Z2Z3Z4?△V?

將電容傳感器接入電橋的一個(gè)臂，不平衡電橋輸出：

為使橋路平衡，在四個(gè)橋臂上必須接入兩個(gè)電容（一個(gè)單極電容傳感器和一個(gè)固定電容，或接入差動(dòng)電容傳感器）。另外兩個(gè)橋臂接入其他阻抗元件，如：兩個(gè)電阻、兩個(gè)電感或是兩個(gè)電容。當(dāng)橋臂上接入不同的阻抗元件時(shí)，電路的靈敏度不同，一般有0.25、0.5、1，輸出信號(hào)相移有0°、±90°、±180°。一、交流電橋電路VZ1Z2Z3Z4?△V?33電路的主要特點(diǎn)：①必須接成差動(dòng)形式使用；②電橋的交流激勵(lì)源的幅值和頻率要穩(wěn)定；③要求后續(xù)電路輸入阻抗無限大。電路的主要特點(diǎn)：34二、差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路

差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路利用對(duì)傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化。其基本出發(fā)點(diǎn)是構(gòu)成一個(gè)頻率穩(wěn)定的方波發(fā)生器，以電容變化來調(diào)節(jié)占空比，由此引起平均直流分量的變化。二、差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路利用對(duì)傳感器電容35雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器R2A1A2VD1R1uABC2C1QQ

AGBFUR比較器循環(huán)工作VD2雙穩(wěn)態(tài)R2A1A2VD1R1uABC2C1QQAGBF36U0平均值為零U0平均值不為零U0平均值為零U0平均值不為零37設(shè)R1=R2與電容差值成正比設(shè)R1=R2與電容差值成正比38反相放大電路反饋元件是傳感器電容CxC是固定電容電源電壓u理想運(yùn)放將代入輸出電壓與電容極板間距成線性關(guān)系，從原理上保證了變極距型電容傳感器的線性。三、運(yùn)算放大器式電路這種線路的最大特點(diǎn)是從原理上克服單個(gè)變間隙電容式傳感器的非線性，使輸出與輸入動(dòng)極板位移成線性關(guān)系。反相放大電路理想運(yùn)放將代入輸出電壓與電容極板間距成線性關(guān)系，39

電容傳感器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1、溫度穩(wěn)定性好：自身發(fā)熱極小，電容值與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低材料。如電極的支架選用陶瓷材料，電極材料選用鐵鎳合金，近年來又采用在陶瓷或石英上進(jìn)行噴鍍金或銀的工藝。2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適應(yīng)性強(qiáng)：可以做的非常小巧。能在高溫，低溫，強(qiáng)輻射，強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境中工作。3、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好：可動(dòng)部分可以做的很輕，很薄，固有頻率能做的很高。動(dòng)態(tài)響應(yīng)好?？蓽y(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。4、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量,具有平均效應(yīng)：非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)工件的偏心、振動(dòng)等參數(shù)時(shí)，由于電容具有平均效應(yīng)，可以減小表面粗糙度對(duì)測(cè)量的影響。5、耗能低4.4影響電容式傳感器精度的因素及提高精度的措施電容傳感器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1、溫度穩(wěn)定性好：自身發(fā)熱極小，電容40缺點(diǎn):1、輸出阻抗高，負(fù)載能力差：電容值一般為幾十到幾百皮法，輸出阻抗很大，易受外界的干擾，對(duì)絕緣部分的要求較高（幾十兆歐以上）。2、寄生電容影響大：由于電容傳感器的初始電容值一般較小，而連接傳感器的引線電纜電容（1~2m導(dǎo)線可達(dá)到800pF），電子線路雜散電容以及周圍導(dǎo)體的“寄生電容”卻較大。這些電容一般是隨機(jī)變化的，將使儀器工作不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。因此，在設(shè)計(jì)和制作時(shí)要采取必要的有效的措施減小寄生電容的影響。缺點(diǎn):1、輸出阻抗高，負(fù)載能力差：電容值一般為幾十到幾百皮法41一、溫度對(duì)電容式傳感器的影響

環(huán)境溫度的改變將引起電容式變換器各零件幾何尺寸的改變，從而導(dǎo)致電容極板間隙或面積發(fā)生改變，產(chǎn)生附加電容變化。這一點(diǎn)對(duì)于變間隙電容式傳感器來說更顯重要，因?yàn)槌跏奸g隙都很小，約幾十微米至幾百微米之間。溫度變化使各零件尺寸變化，可能導(dǎo)致對(duì)本來就很小的間隙產(chǎn)生很大的相對(duì)變化，從而引起很大的特性溫度誤差。一、溫度對(duì)電容式傳感器的影響環(huán)境溫度的改變將引起電容式42為減小這種誤差①一般盡量選取溫度系數(shù)小和溫度系數(shù)穩(wěn)定的材料。如絕緣材料采用石英、陶瓷等，金屬材料選用低膨脹系數(shù)的鎳鐵合金?；驑O板直接在陶瓷、石英等絕緣材料上蒸鍍一層金屬膜來代替。②采用差動(dòng)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并在測(cè)量線路中對(duì)溫度誤差加以補(bǔ)償。為減小這種誤差43

溫度變化對(duì)介質(zhì)介電常數(shù)的影響使傳感器電容改變，帶來溫度誤差。溫度對(duì)介電常數(shù)的影響隨介質(zhì)不同而異。這種溫度誤差可用后接的測(cè)量線路進(jìn)行一定的補(bǔ)償，而完全消除是困難的。溫度變化對(duì)介質(zhì)介電常數(shù)的影響44二、漏電阻的影響（絕緣性能）電容變換器的容抗都很高，特別是在激勵(lì)電壓頻率較低時(shí)，在與測(cè)量線路配接時(shí)，當(dāng)兩極板間總的漏電阻若與容抗相近，就必須考慮分路作用對(duì)系統(tǒng)總靈敏度的影響。這主要是采用高質(zhì)量的絕緣材料及采用合理的結(jié)構(gòu)加以解決。二、漏電阻的影響（絕緣性能）電容變換器的容抗都很高45三、邊緣效應(yīng)與寄生參量的影響1、邊緣效應(yīng)

理想條件下，平行板電容器的電場(chǎng)均勻分布于兩極板所圍成的空間，這僅是簡(jiǎn)化電容量計(jì)算的一種假定。當(dāng)考慮電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí)，情況要復(fù)雜的多，邊緣效應(yīng)的影響相當(dāng)于傳感器并聯(lián)一個(gè)附加電容，引起了傳感器靈敏度下降和非線性增加。①為克服邊緣效應(yīng)，首先應(yīng)增大初始電容量C0，即增大極板面積，減小極板間隙。②在結(jié)構(gòu)上增設(shè)等位環(huán)來消除邊緣效應(yīng)。三、邊緣效應(yīng)與寄生參量的影響1、邊緣效應(yīng)理想條46均勻電場(chǎng)等位環(huán)電極電極邊緣電場(chǎng)邊緣電場(chǎng)原理：等位環(huán)安放在上面電極外，且與上電極絕緣組等電位，這樣就能使上電極的邊緣電力線平直，兩極間電場(chǎng)基本均勻。而發(fā)散的邊緣電場(chǎng)發(fā)生在等位環(huán)的外周不影響工作。均勻電場(chǎng)等位環(huán)電極電極邊緣電場(chǎng)邊緣電場(chǎng)原理：等位環(huán)安放在上面472、寄生參量一般電容傳感器電容值很小，如果激勵(lì)頻率較低，則電容傳感器的容抗很大，因此對(duì)傳感器絕緣電阻要求很高；另一方面，變換器電容極板并聯(lián)的寄生電容也會(huì)帶來很大的影響。①增加原始電容值②注意傳感器的接地和屏蔽（右圖）③將傳感器與電子線路的前置級(jí)裝在一個(gè)殼體內(nèi)（集成化）減小寄生電容的方法2、寄生參量一般電容傳感器電容值很小，如果激勵(lì)頻率較低48測(cè)量電路前置級(jí)+?1:1內(nèi)層屏蔽外層屏蔽Cx

在電容傳感器與測(cè)量線路前置極間采用雙層屏蔽電纜。這種接法使傳輸電纜的芯線與內(nèi)層屏蔽等電位，消除了芯線對(duì)內(nèi)層屏蔽的容性漏電，從而消除了寄生電容的影響。同時(shí)放大器的高輸入阻抗又起到阻抗匹配的作用。④采用“驅(qū)動(dòng)電纜”技術(shù)等電位屏蔽法測(cè)量電路+?1:1內(nèi)層屏蔽外層屏蔽Cx在電容傳感器與測(cè)49⑤采用運(yùn)算放大器法所謂整體屏蔽是將整個(gè)電橋(包括電源、電纜等）統(tǒng)一屏蔽起來，其關(guān)鍵在于正確選取接地點(diǎn)。u0與傳感器電容相并聯(lián)的為等效電容CP/（1+A）⑥整體屏蔽⑤采用運(yùn)算放大器法所謂整體屏蔽是將整個(gè)電橋(包括電50四、防止和減小外界干擾

注意傳感器的接地和屏蔽增加原始電容值，降低容抗導(dǎo)線分布合理盡可能一點(diǎn)接地盡量采用差動(dòng)式電容傳感器四、防止和減小外界干擾注意傳感器的接地和屏蔽51§4.5電容式傳感器的應(yīng)用量程精度分辨力變極距型0.01~幾百微米0.01m0.001m變面積型零點(diǎn)幾~幾百毫米優(yōu)于0.5%0.01~0.001m§4.5電容式傳感器的應(yīng)用量程精度分辨力變極距型0.0152一、電容式位移傳感器一、電容式位移傳感器53二、電容式加速度傳感器這里有兩個(gè)固定極板，極板中間有一用彈簧支撐的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊的兩個(gè)端面經(jīng)過磨平拋光后作為可動(dòng)極板。當(dāng)傳感器測(cè)量垂直方向上的直線加速度時(shí)，質(zhì)量塊在絕對(duì)空間中相對(duì)靜止，而兩個(gè)固定電極將相對(duì)質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，此位移大小正比于被測(cè)加速度，使c1，c2中一個(gè)增大，一個(gè)減小。二、電容式加速度傳感器這里有兩個(gè)固定極板，極54三、電容式壓力傳感器工作原理將測(cè)量膜片與電容極板之間的電容差經(jīng)振蕩器振蕩、調(diào)制解調(diào)、放大器放大、電壓電流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。用

途用于氣體、液體、蒸氣壓力的測(cè)量三、電容式壓力傳感器工作原理用

途55高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置電容式差壓變送器高壓側(cè)進(jìn)氣口低壓側(cè)進(jìn)氣口電子線路位置內(nèi)部不銹鋼膜片的位置電容561—高壓側(cè)進(jìn)氣口

2—低壓側(cè)進(jìn)氣口

3—過濾片

4—空腔

5—柔性不銹鋼波紋隔離膜片

6—導(dǎo)壓硅油

7—凹形玻璃圓片

8—鍍金凹形電極

9—彈性平膜片

10—

腔電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)1—高壓側(cè)進(jìn)氣口電容式差壓變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)57各種電容式差壓變送器外形各種電容式差壓變送器外形58法蘭法蘭59利用電容差壓變送器測(cè)量液體的液位

差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體內(nèi)的壓力與液位成正比：p=gh利用電容差壓變送器測(cè)量液體的液位差壓變送器施加在高壓側(cè)腔體60電容差壓變送器用于測(cè)量液體的液位

投入式水位計(jì)電容差壓變送器用于測(cè)量液體的液位投入式水位計(jì)61總電容C=C1+C2，帶材厚度發(fā)生變化時(shí)，C變化，帶材的振動(dòng)不影響測(cè)量精度。四、電容式測(cè)厚儀總電容C=C1+C2，帶材厚度發(fā)生變化時(shí)，C變化62第04章電容式傳感器ppt課件63測(cè)量電路可裝于孔中，減小體積。此類電子秤，對(duì)接觸面無要求，總誤差較小。五、荷重傳感器（電容式電子秤）測(cè)量電路可裝于孔中，減小體積。此類電子秤，對(duì)接觸64六、電容式液位計(jì)

棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測(cè)液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變大。

聚四氟乙烯外套六、電容式液位計(jì)棒狀電極（金屬管）外65電容式液位限位傳感器

液位限位傳感器與液位變送器的區(qū)別在于：它不給出模擬量，而是給出開關(guān)量。當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)，它輸出低電平。但也可以選擇輸出為高電平的型號(hào)。電容式液位限位傳感器液位限位傳感器與液位變送器的66液位限位傳感器的設(shè)定

智能化液位傳感器的設(shè)定方法十分簡(jiǎn)單：用手指壓住設(shè)定按鈕，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放開按鈕，智能儀器就記住該設(shè)定。正常使用時(shí)，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)。設(shè)定按鈕液位限位傳感器的設(shè)定智能化液位傳感器的設(shè)定方法十67智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕超限燈正常工作指示燈設(shè)定按鈕電源指示燈智能化液位限位傳感器的設(shè)定按鈕超限燈正常工作指示燈設(shè)定按鈕電68七、硅微加工加速度傳感器

圖示加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測(cè)量交變加速度（振動(dòng)），也可測(cè)量慣性力或重力加速度。其工作電壓為2.7～5.25V，加速度測(cè)量范圍為數(shù)個(gè)g，可輸出與加速度成正比的電壓也可輸出占空比正比于加速度的PWM脈沖。七、硅微加工加速度傳感器圖示加速度傳感器以微細(xì)加69微加工三軸加速度傳感器技術(shù)指標(biāo)：靈敏度：500mV/g，量程：10g，頻率范圍：0.5-2000Hz，安裝諧振點(diǎn):8kHz，分辨力：0.00004g，重量：200g，安裝螺紋：M5mm，線性誤差：≤1%微加工三軸加速度傳感器技術(shù)指標(biāo)：70硅微加工加速度傳感器原理

1—加速度測(cè)試單元

2—信號(hào)處理電路

3—襯底

4—底層多晶硅（下電極）

5—多晶硅懸臂梁

6—頂層多晶硅（上電極）硅微加工加速度傳感器原理1—加速度測(cè)試單元71

當(dāng)它感受到上下振動(dòng)時(shí)，C1、C2呈差動(dòng)變化。與加速度測(cè)試單元封裝在同一殼體中的信號(hào)處理電路將ΔC轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。它的激勵(lì)源也做在同一殼體內(nèi)，所以集成度很高。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá)1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá)10g以上。

如果在殼體內(nèi)的三個(gè)相互垂直方向安裝三個(gè)加速度傳感器，就可以測(cè)量三維方向的振動(dòng)或加速度。當(dāng)它感受到上下振動(dòng)時(shí)，C1、C2呈差動(dòng)變化。與72加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用

加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。

裝有傳感器的假人氣囊加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用加速度傳感器安裝在轎73汽車氣囊的保護(hù)作用

使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣。汽車氣囊的保護(hù)作用使用加速度傳感器可以74利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)延時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)延時(shí)起爆的鉆地炸彈傳感器安裝位置75八、濕敏電容

利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，吸濕性介質(zhì)吸收空氣中的水蒸氣，使兩塊電極之間的介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)大為增加（水的相對(duì)介電常數(shù)為80），所以電容量增大。

八、濕敏電容利用具有很大吸濕性的76濕敏電容外形吸水高分子薄膜濕敏電容外形吸水高分子薄膜77濕敏電容模塊及傳感器外形濕敏電容模塊及傳感器外形78濕敏電容傳感器的安裝使用在野外的使用帶報(bào)警器的家庭使用型濕敏電容傳感器的安裝使用在野外的使用帶報(bào)警器的家庭使用型79多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形

多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形80九、電容式油量表

機(jī)械式油量表：在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生間水箱里的浮球，通過杠桿帶動(dòng)電阻絲式圓盤電位器，由電流表指示出油量。九、電容式油量表機(jī)械式油量表：在油箱內(nèi)，裝有類似衛(wèi)生81電容式油量表

當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位上升，指針停留在轉(zhuǎn)角為m處。當(dāng)油箱中的油位降低時(shí)，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失去平衡，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（示值減?。瑫r(shí)帶動(dòng)RP的滑動(dòng)臂移動(dòng)。當(dāng)RP阻值達(dá)到一定值時(shí)，電橋又達(dá)到新的平衡狀態(tài)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，指針停留在新的位置（

x處）。電容式油量表當(dāng)油箱中注滿油時(shí)，液位82

該油量表可用于飛機(jī)油箱該油量表可用于飛機(jī)油箱83十、電容式接近開關(guān)

被檢測(cè)物體可以是導(dǎo)電體、介質(zhì)損耗較大的絕緣體、含水的物體（例如飼料、人體等）；可以是接地的，也可以是不接地的。調(diào)節(jié)接近開關(guān)尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測(cè)物不同來改變動(dòng)作距離。檢測(cè)原理：在高頻振蕩型電容式接近開關(guān)中，以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電容作為檢測(cè)元件，利用被測(cè)物體接近該電容時(shí)由于電容器的介質(zhì)發(fā)生變化導(dǎo)致電容量C的變化，從而引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號(hào)調(diào)理電路將該變化轉(zhuǎn)換成開關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。十、電容式接近開關(guān)被檢測(cè)物體可以是84電容式接近開關(guān)外形齊平式非齊平式電容式接近開關(guān)外形齊平式非齊平式85非齊平式接近開關(guān)的安裝

非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于安裝支架，易損壞。非齊平式接近開關(guān)的安裝非齊平式安裝時(shí)，傳感器高于86全密封防水式遠(yuǎn)距離式（大量程）全密封防水式遠(yuǎn)距離式（大量程）87電容接近開關(guān)的規(guī)格電容接近開關(guān)的規(guī)格88電容式接近開關(guān)在液位測(cè)量控制中的使用電容式接近開關(guān)在液位測(cè)量控制中的使用89

電容式接近開關(guān)在液位物位

測(cè)量控制中的使用電容式接近開關(guān)在液位物位

測(cè)量控制中的使用90電容式接近開關(guān)在物位測(cè)量控制中的使用演示電容式接近開關(guān)在物位測(cè)量控制中的使用演示91不同材料的非金屬檢測(cè)物對(duì)電容式接近開關(guān)動(dòng)作距離的影響不同材料的非金屬檢測(cè)物對(duì)電容式接近開關(guān)動(dòng)作距離的影響92手機(jī)觸摸屏原理電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。構(gòu)成：顯示屏和一塊與其緊密貼合的電阻薄膜屏。這個(gè)電阻薄膜屏通常分為兩層，一層是由玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，其表面涂有透明的導(dǎo)電層；基層外面壓著我們平時(shí)直接接觸的經(jīng)過硬化及防刮處理的塑料層，塑料層內(nèi)部同樣有一層導(dǎo)電層，兩個(gè)導(dǎo)電層之間是分離的。當(dāng)我們用手指或其他物體觸摸屏幕的時(shí)候，兩個(gè)導(dǎo)電層發(fā)生接觸，電阻產(chǎn)生變化，控制器則根據(jù)電阻的具體變化來判斷接觸點(diǎn)的坐標(biāo)并進(jìn)行相應(yīng)的操作。手機(jī)觸摸屏原理電阻式觸摸屏主要是利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。93電容式觸摸屏：利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作感應(yīng)屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層導(dǎo)電層，最外層是一薄層矽土玻璃保護(hù)層。當(dāng)我們用手指觸摸在感應(yīng)屏上的時(shí)候，人體的電場(chǎng)讓手指和和觸摸屏表面形成一個(gè)耦合電容，對(duì)于高頻電流來說，電容是直接