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電容式傳感器的圖片：電容式傳感器
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電容式傳感器
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本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項目
審核
。
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉(zhuǎn)物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實際上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質(zhì)特性等方面的測量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
中文名
電容式傳感器
外文名
capacitive type transducer
電容計算公式
εS/d
應(yīng) 用
測量
發(fā)展時間
70年代末
所屬學(xué)科
自動化
目錄
1
簡介
2
原理
3
分類
4
優(yōu)點
5
缺點
6
應(yīng)用
電容式傳感器簡介
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語音
70年代末以來，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅?。典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構(gòu)成。當薄膜受壓力作用時，薄膜會發(fā)生一定的變形，因此，上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關(guān)系是非線性關(guān)系，因此，要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。
電容式傳感器原理
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語音
電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計，電容式物位計的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的，電容器由兩個絕緣的同軸圓柱極板內(nèi)電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數(shù)為ε的電解質(zhì)時，兩圓筒間的電容量為
式中L為兩筒相互重合部分的長度；D為外筒電極的直徑；d為內(nèi)筒電極的直徑；e為中間介質(zhì)的電介常數(shù)。在實際測量中D、d、e是基本不變的，故測得C即可知道液位的高低，這也是電容式傳感器具有使用方便，結(jié)構(gòu)簡單和靈敏度高，價格便宜等特點的原因之一。電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，由于被測量變化將導(dǎo)致電容器電容量變化，通過測量電路，可把電容量的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。測知電信號的大小，可判斷被測量的大小。這就是電容式傳感器的基本工作原理。
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電容式傳感器分類
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語音
根據(jù)傳感器的工作原理可把電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)可把電容式傳感器分為三種類型的結(jié)構(gòu)形式。它們又可按位移的形式分為線位移和角位移兩種，每一種又依據(jù)傳感器極板形狀分成平(圓形)板形和圓柱(圓筒)形，雖然還有球面形和鋸齒形等其他形狀，但一般很少用。其中差動式一般優(yōu)于單組(單邊)式傳感器，它具有靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高等特點。
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電容式傳感器優(yōu)點
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1)溫度穩(wěn)定性好電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，這有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。2)結(jié)構(gòu)簡單電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量；能工作在高溫，強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量。3)動態(tài)響應(yīng)好電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小(約幾個10^(-5)N)，需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。4)可以非接觸測量且靈敏度高可非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。電容式傳感器除了上述的優(yōu)點外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能感應(yīng)0.01μm甚至更小的位移。由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)并接成電橋式時產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。
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電容式傳感器缺點
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語音
①輸出阻抗高，負載能力差。無論何種類型的電容式傳感器，受電極板幾何尺寸的限制，其電容量都很小，一般為幾十到幾百皮法(pF)，因此使電容式傳感器的輸出阻抗很高，可達
～
Ω。由于輸出阻抗很高，因而輸出功率小，負載能力差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重時甚至無法工作。②寄生電容影響大。電容式傳感器的初始電容量很小，而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容、電子線路的雜散電容以及電容極板與周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等寄生電容卻較大。寄生電容的存在不但降低了測量靈敏度，而且引起非線性輸出。由于寄生電容是隨機變化的．因而使傳感器處于不穩(wěn)定的工作狀態(tài)．影響測量準確度。
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電容式傳感器應(yīng)用
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電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動態(tài)響應(yīng)特性好等優(yōu)點，廣泛用于壓力、位移、加速度、厚度、振動、液位等測量中。但在使用中要注意以下幾個方面對測量結(jié)果的影響：①減小環(huán)境溫度、濕度變化(可能引起某些介質(zhì)的介電常數(shù)或極板的幾何尺寸、相對位置發(fā)生變化)；②減小邊緣效應(yīng)；③減少寄生電容；④使用屏蔽電極并接地(對敏感電極的電場起保護作用，與外電場隔離)；⑤注意漏電阻、激勵頻率和極板支架材料的絕緣性。
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電容式傳感器有哪些優(yōu)點？
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉(zhuǎn)物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實際上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。下面，我們一起來看看電容式傳感器的優(yōu)點吧。電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉(zhuǎn)物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝...
2020-11-120
閱讀68
參考資料
1.
錢愛玲，錢顯毅主編；郝傳永，陳麗華副主編；俞偉鈞，鮑玉軍參編．傳感器原理與檢測技術(shù) 第2版：機械工業(yè)出版社，2015.09
2.
姜香菊主編；吳蓉，范多進參編；張友鵬主審．傳感器原理及應(yīng)用：機械工業(yè)出版社，2015.03
3.
沈潔，謝飛主編；于玲，王欣，張益副主編．自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) 第2版：清華大學(xué)出版社，2015.01
4.
樊久銘，劉彥菊主編．工程力學(xué)實驗=experiments in engineering mechanics：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2015.08
5.
胡向東，唐賢倫，胡蓉編著．現(xiàn)代檢測技術(shù)與系統(tǒng)=Modern Detecting Technologies and System,：機械工業(yè)出版社，2015.02
電容式傳感器的圖片：電容式傳感器原理介紹圖文
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1、 第三章 電容式傳感器3.1 電容式傳感器工作原理和結(jié)構(gòu) 3.2 電容式傳感器等效電路3.3 電容式傳感器測量電路3.4 電容式傳感器應(yīng)用2 3.1 電容式傳感器工作原理和結(jié)構(gòu) 一、基本工作原理電容式傳感器的三種類型:變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型。(l 4 考慮了電容器的損耗和電感效應(yīng), 電容式傳感器的等效電路。一、電容式傳感器等效電路3.2 電容式傳感器等效電路根據(jù)等效電路,電容式 傳感器有一個諧振頻率,通 常為幾十兆赫。當工作頻率等于或接近諧振頻率時,諧振頻率破壞傳感器正常作用。因此,工作頻率應(yīng)該選擇低 于諧振頻率。并聯(lián)損耗電阻 R p :表示極板間的泄漏電阻和介質(zhì)損耗。 并聯(lián)損耗低頻
2、時影響大,隨著工作頻率增高,容抗減小,影響就減弱。串聯(lián)損耗電阻 R s :引線電阻、電容器支架和極板電阻的損耗。 電感 L :電容器的電感和外部引線電感。 17 二極管雙 T 形交流電橋電路中, e 為高頻電源,提供了幅值為 U 的對 稱方波, V D1、 V D2為特性完全相同 的兩只二極管, R 1、 R 2為阻值相等 的兩個固定電阻, C1、 C 2為傳感器的兩個差動電容。 三、二極管雙T形交流電橋3.3 電容式傳感器測量電路(1傳感器沒有輸入 C 1=C2當 e 為正半周時,二極管 V D1導(dǎo) 通、 V D2截止,則電容 C1被以極短的時間充電至 U 。在前負半周時,電容 C 2已經(jīng)充
3、電至電壓 U 。1、電路基本結(jié)構(gòu)2、基本工作原理22 二極管雙 T 形交流電橋電路中, e 為高頻電源,提供了幅值為 U 的對 稱方波, V D1、 V D2為特性完全相同 的兩只二極管, R 1、 R 2為阻值相等 的兩個固定電阻, C1、 C 2為傳感器的兩個差動電容。 三、二極管雙T形交流電橋3.3 電容式傳感器測量電路(1傳感器沒有輸入 C 1=C2當 e 為正半周時,二極管 V D1導(dǎo) 通、 V D2截止,則電容 C1被以極短的時間充電至 U 。在前負半周時,電容 C 2已經(jīng)充電至電壓 U 。1、電路基本結(jié)構(gòu)2、基本工作原理23 三、二極管雙T形交流電橋3.3 電容式傳感器測量電路(
4、1傳感器沒有輸入時 C 1=C2電源經(jīng) R 1以 I 1向 R L 供電,而電容 C 2經(jīng)電阻 R 2和負載電阻 R L 放電,流過 R L 的 電流為 I 2。流過 R L 的總電流 I L 為 I 1和 I 2的 代數(shù)和。2、基本工作原理同理,當 e 為負半周時,流過負載電 阻 R L 的電流為 I 1和 I 2的代數(shù)和。根據(jù)所給的條件,在一個周期內(nèi)流 過負載電阻上平均電流 I 1=I2、 I 1=I 2且方 向相反,流過 R L 的平均電流為零。24 三、二極管雙T形交流電橋3.3 電容式傳感器測量電路(2傳感器有輸入時 C 1 C 2當 R L 一定時,引入常數(shù) M ,在一 個周期內(nèi)輸
5、出電壓平均值可簡寫為2、基本工作原理(21C C MUf U o=當電源確定后,輸出電壓是電容 C 1和 C 2的函數(shù)。(3雙 T 電路的特點 線 路 簡 單 , 可 全 部 放 在 探 頭 內(nèi),大大縮短了電容引線、減小了分 布電容的影響;電源周期、幅值影響 靈敏度,要求高度穩(wěn)定; 輸 出 阻 抗 與 電 容 無 關(guān),克服了電容式傳感器高 內(nèi)阻的缺點;適用于具有線性特性 的單組式和差動式傳感器。26在環(huán)形二極管充放電法測量 電容電路中,高頻方波信號源, 通過環(huán)形二極管電橋,對被測電 容進行充放電,環(huán)形二極管電橋 輸出一個與被測電容成正比的微 安級電流。四、環(huán)形二極管充放電測量電路3.3 電容
6、式傳感器測量電路1、電路基本結(jié)構(gòu)輸入方波加在電橋的 A 點和 地之間, C x 為被測電容, C d 為平 衡電容傳感器初始電容的調(diào)零電 容, C 為濾波電容, A 為直流電 流表。二極管雙 T 形交流電橋的改進27(1 當輸入的方波由 E 1躍變到 E 2時,電容 C x 和 C d 兩端的電壓皆由 E 1充 電到 E 2。電容 C x 的充電電流為 i 1, C d 的充電 電流為 i 3。在充電過程中 T 1這段時間 內(nèi), V D2、 V D4一直處于截止狀態(tài),由 A 點向 C 點流動的電荷量為四、環(huán)形二極管充放電測量電路3.3 電容式傳感器測量電路在放電過程中 T 2這段時 間內(nèi), V
7、 D1、 V D3截止,由 C 點向 A 點流過的電荷量為2、基本工作原理(121E E C q d=(2 當輸入的方波由 E 2返回到 E 1時, C x 、 C d 放電,兩端的電壓由 E 2下 降到 E 1,放電電流分別為 i 2和 i 4。(122E E C q x=28(3 設(shè)方波的頻率 f=1/T0即每秒 鐘要發(fā)生的充放電過程的次數(shù),由 C 點 流向 A 點的平均電流為 I 2, 從 A 點流向 C 點的平均電流為 I 3, 流過從 C 至 A 支路的 瞬時電流平均值為四、環(huán)形二極管充放電測量電路3.3 電容式傳感器測量電路環(huán)形二極管充放電測量 電路的輸出電流 I 正比于傳感
8、器電容值的增量C x 。2、基本工作原理( ( (d x d x C C E f E E f C E E f C I I I=(4 令 C x 的初始值為 C 0,C x 為 C x 的增量, C x=C0+C x 。初始調(diào)節(jié) C d=C0,則有xd x C E f C C E f I=(29 差動脈沖調(diào)寬電路,通過對 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。通過低通濾波器,被測量的 變化轉(zhuǎn)換為直流信號輸出。 五、脈沖寬度調(diào)制測量電路3.3電容式傳感器測量電路當接通電源后,若觸發(fā)器 Q 端為高電平,則觸發(fā)器通過 R 1對 C x1充電。2、基
9、本工作原理1、電路基本結(jié)構(gòu)C x1、 C x2為差動式傳感器的兩 個電容;若用單組式,則其中一 個為固定電容,其電容值與傳感 器電容初始值相等; A 1、 A 2是兩 個比較器, U r 為其參考電壓。30 當 F 點電位 U F 升到與參考電壓 U r 相等時,比較器 A 1產(chǎn)生一脈沖 使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),使 Q 端為低電平。 此時,電容 C x1通過二極管 V D1迅 速放電至零,而觸發(fā)器經(jīng) R 2向 C 2充電。五、脈沖寬度調(diào)制測量電路3.3 電容式傳感器測量電路2、基本工作原理當 G 點電位 U G 與參考電壓 U r 相等時,比較器 A 2輸出一脈沖使 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。此時,電容 C x2通過
10、 二極管 V D2迅速放電至零。如此交替激勵。因此,電路充放電的時間, 即觸發(fā)器輸出方波脈沖的寬度受 電容 C x1、 C x2的調(diào)制。31 3.4 電容式傳感器應(yīng)用 三、電容式加速度傳感器 基本結(jié)構(gòu)： 兩個固定極板間有一個 用彈簧片支撐的質(zhì)量塊m，質(zhì) 量塊的兩端面經(jīng)拋光后作為 動極板。 絕緣體 定極板1 C1 彈簧片 m a 基本原理： 當傳感器測量豎直方向 的振動時，因m的慣性作用， 使其相對固定電極產(chǎn)生位 移，兩個差動電容器C1 和C2 定極板2 質(zhì)量塊（動極板） 的電容發(fā)生相應(yīng)的變化，其 中一個變大，另一個變小。 C2 36 3.4 電容式傳感器應(yīng)用 四、電容式傳感器其他應(yīng)用 （1）電容式液位計 （2）電容式料位計 （3）電容式濕敏傳感器 （4）電容式鍵盤 （5）電容傳聲器 （6）生物識別技術(shù) 硅電容指紋圖像傳感器： 最常見的半導(dǎo)體指紋傳感器，通過電子 度量來捕捉指紋。在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié) 合大約100,000個電容傳感器。 駐極體電容傳聲器 37
電容式傳感器的圖片：電容式的傳感器的工作原理圖
描述
在石油、鋼鐵、電力、化學(xué)等生產(chǎn)工藝過程中壓為是非常重要的參數(shù)。此外，在機械制造技術(shù)方面，從小批量生產(chǎn)到連續(xù)程序控制．從小規(guī)模的設(shè)備到大規(guī)模的成套設(shè)備和不斷發(fā)展的多功能的成套設(shè)備．都需要大量的壓力傳感器。為廠使這些復(fù)雜化、大規(guī)?；某商自O(shè)備能安全運轉(zhuǎn)，對壓力傳感器的可靠性和穩(wěn)定性的要求也越來越高．
下面就性能良好，可靠性高的電容式傳感器加以敘述，如下圖。
測量壓力有表壓力及絕對壓力測量二種方式。表壓測量采用以大氣壓為基準測容器內(nèi)壓力的方法。絕對壓力的測量是采用以絕對真空為基準而測容器內(nèi)壓力的方法。二者的基本原理相同，所不同的是表壓傳感器將低壓例制成對照大氣開口的結(jié)構(gòu)；而絕對壓力測量則把低壓設(shè)在真空室的結(jié)構(gòu)．對高壓和低壓兩例的接觸溶液膜加壓后，通過密封液加到感壓膜上，感壓膜（可變電極）接著高壓側(cè)和低壓側(cè)的壓力差成正比地改變位置，感壓膜的位移，使膜與兩側(cè)固定電極之間形成路電容運差，這個靜電容放差位經(jīng)電路轉(zhuǎn)換、放大后就變成4-20mADc的輸出信號。
該傳感器的特點：
1、具有能實現(xiàn)高可可靠性的簡單盒狀結(jié)構(gòu)；
2、具有0.2%、50度的高溫特性；
3、小型輕量和耐振性強
4、測量范圍寬．
5、溫度范圍寬
6、內(nèi)有指示針
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