傳感器及檢測技術(shù)（第四版）課件 7.電容式傳感器

……………電容式傳感器傳感器技術(shù)與應(yīng)用武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院

熊曉倩課程內(nèi)容CONTENTS概述01變極距型電容式傳感器05電容式傳感器工作原理和結(jié)構(gòu)02變介質(zhì)型電容式傳感器04變面積型電容式傳感器03應(yīng)用舉例06一、概述電容式傳感器

電容器是電子技術(shù)的三大類無源元件(電阻、電感和電容)之一，利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)換成電容量，進而實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化的器件或裝置，稱為電容式傳感器，它實質(zhì)上是一個具有可變參數(shù)的電容器。一、概述優(yōu)點測量范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、動態(tài)響應(yīng)時間短、易實現(xiàn)非接觸測量等。由于材料、工藝，特別是測量電路及半導(dǎo)體集成技術(shù)等方面已達到了相當高的水平，因此寄生電容的影響得到較好地解決，使電容式傳感器的優(yōu)點得以充分發(fā)揮。一、概述應(yīng)用

壓力、位移、厚度、加速度、液位、物位、濕度和成分含量等測量之中。電容式接近開關(guān)電容式指紋傳感器電容式變送器差壓傳感器二、電容式傳感器的工作原理和類型二、電容式傳感器的工作原理和類型

電容傳感器的工作原理可從平板電容器加以說明，如圖所示。由物理學(xué)可知，兩平板組成的電容器，如不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量可用下式表示：式中S——兩極板相互遮蓋的面積；

——兩極板間的距離；

——兩極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。δε變面積型傳感器變介質(zhì)型傳感器變極距型傳感器二、電容式傳感器的工作原理和類型三.變面積型（S）三.變面積型（S）（a）變面積型電容傳感器原理圖（b）電容式角位移傳感器原理圖動極板定極板四.變介電常數(shù)型（ε）通過改變板間介質(zhì)（即介電常數(shù)），可改變電容量。

右圖為一密封鉛罐中測量液態(tài)氮液位高度的原理圖。

在被測介質(zhì)中放入兩個同心圓柱狀極板1和2。若容器內(nèi)液體介質(zhì)的介電常數(shù)為，ε1，液體介質(zhì)上面氣體介質(zhì)的介電常數(shù)為ε2，當容器內(nèi)液面高度變化時，則電容量將變化（假設(shè)液體介質(zhì)為不導(dǎo)電液體，若導(dǎo)電，則電極板必須絕緣）。四.變介質(zhì)型（ε）

電極板間電容C等于氣體介質(zhì)間電容C2與液體介質(zhì)間電容C1之和，相當于兩個電容器并聯(lián)，即：上式表明傳感器電容量C與高度呈線性關(guān)系。四.變介質(zhì)數(shù)型（ε）五.變極距型電容傳感器五.變極距型電容傳感器()若d從d0→d0-Δd,電容量C0→C0+ΔC,則有當時，變極距電容傳感器有近似線性關(guān)系，此時靈敏度

為了獲得高靈敏度，一般d0較小，但d0過小易引起電容器擊穿或短路，可放置高介電常數(shù)材料,如云母片。六.應(yīng)用舉例1．電容式壓力傳感器當PH=PL時，膜片處于中間位置，C1=C2；當有差壓作用時，測量膜片產(chǎn)生形變；PH>PL時，膜片PL向彎曲，C1<C2；PH<PL時，膜片PH向彎曲，C1>C2；將這種電容變化通過電路轉(zhuǎn)換為電壓變化。

2．變介質(zhì)型濕度傳感器六.應(yīng)用舉例3．加速度傳感器六.應(yīng)用舉例3．加速度傳感器裝有傳感器的假人氣囊

加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當測得的負加速度值超過設(shè)定值時，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動轎車前部的折疊式安