电容式传感器应用实例演示
第3章电容式传感器共80页
Cx
b(a
d
x)
C0
b
d
x
C0
1
x a
因此，C x 与位移 x 呈线性关系。
b）直线位移式
初始电容C0为： C 0
2 0 L ln D0
D1
当内筒上移x时，内外筒间
的电容Cx为：
Cx
20Lx
lnD0
C01Lx
D1
同前面两种情况,与x
成线性关系。
D1 x L
D0
c）直线位移式（筒形）
这类传感器具有良好的线性,大多用来检测位移等参数。
ln
R r
K 2 1 2
ln
R r其中,A
为常数，K为灵敏度系数
则CAKh1
电容C与液位h1之间呈线性关系.
右有例图 面相积2 当S电相于容同两：厚个电度容计串联，这两个电容只
C0
0
S d0
;C1
1
S d1
C C0 C1
S
C0 C1
3.6
d1
1
d0
0
这里,电容C与极板距离d和介电常数之间呈非线性函数关系!
当d0 、d1不变时，可用来测量介质的介电常数ε1；即介电常数 测量仪。
当ε0 、ε1不变时，可用来测量d1距离，即作为测厚仪。
3)变极板间距型电容传感器
C s 0rs
dd
初始电容:C0
s
d0
当d0减少d时,dd0d 电容C增加C,CC0C
dC
C
d
ΔC
C0
Δd
d d0
电
容
相
对
变
化
C s C0
C S 0r S
第三章 电容式传感器ppt课件
x)
r
式中h——电极高度； R——外电极的内半径； r——内电极的外半径。
所以
C2
2 xx ln RrC 2 (hxx)2 h2 (x)xabx
lnR
lnR lnR
r
r
r
.
a
2 h ln R
r
b 2 ( x ) ln R r
均为常数
上式表明，液面计的输出电容C与液面高度x成线性关系。
2．电容式测厚仪 图所示为一种电容式测厚仪的原理图。两电极的间距
当被测参数变化引起电容传感器的输出电容变化ΔC时， 电桥失去平衡，其输出电压为
注意一点，在上式的推导过程中，用到了初始平衡 条件C0C2=C1C3。由上式可见输出电压U0与被测电容ΔC 之间是非线性关系。
.
2．差动接法 差动接法交流电桥电路，其
中相邻两臂接入差动结构的电容 传感器。空载时
整理可得
上式表明，差动接法的交流电桥电路的输出电压U0 与被测电容ΔC之间呈线性关系。
号的电压信号，有以下两种常见的形式。 (一)交流电桥电路 1．单臂接法
图所示为单臂接法交 流电桥电路，高频电源经 由变压器，将电源电压Us 加到电桥的一对角上。
C0+ΔC为电容传感器 的输出电容，C1、C2、C3 为固定电容，U0是输出电 压。
.
下面仅讨论空载(即输出端开路)时，输出电压U0与被测 电容ΔC之间的关系。在电容传感器未工作时，先将电桥调 到平衡状态，即C0C2=C1C3，U0=0。
二、变间隙型 1.基本结构
基本的变间隙型电容传感器有一个定极板和一个动极 板，如图所示。当动极板随被测量变化而移动时，两极板 的间距d就发生了变化，从而也就改变了两极板间的电容量 C。设动极板在初始位置时与定极板的间距为d。，此时的 初始电容量为
电容式传感器教学课件PPT
后,进行补偿。
h
27
第6章 电容式传感器
6.2.2运算放大器式电路
图6-10 运算放大器式 电路原理图
运算放大器要求：输入阻抗高（避免泄
漏）、放大倍数大（接近理想放大器）
U o
C Cx
Ui
Cx
A d
Uo
CUi
A
d
特点：
1.输出电压与极板距离d成正比
2.要求Zi及放大倍数足够大 3.为保证仪器精度,还要求电源电 压的幅值和固定电容稳定
ZCx2
U 2
•
•
U 11
1U
jCx2 2
•
＝U Cx1 Cx2
jCx1 jCx2
2 Cx1 Cx2
h
34
第6章 电容式传感器
可得：
•
•
U
o
U
C
2 C0
对于变间隙式差分电容传感器经分析推导可得：
•
• U d Uo
2 d0
（其 Cx1中 d0 A d， Cx2d0 A d）
优点：把变间隙式电容传感器的位移与电容的非线 性关系 转化为位移与输出电压的线性关系。
加速度传感器在汽车中的应用
装有传感器 的假人
气囊
h
49
第6章 电容式传感器
汽车气囊的保护作用
使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经 控制系统使气囊迅速充气 。
h
50
第6章 电容式传感器
利用加速度传感器实现延时起爆 的钻地炸弹
传感器安装位置
h
51
第6章 电容式传感器
6.3电容式传感器的应用（3）
第6章 电容式传感器
h
1
第6章 电容式传感器
第7讲 电容式传感器应用
第7讲电容式传感器应用
电容式传感器是一种常见的传感器类型，它能够将物理量转换为电容变化，从而实现
对物理量的测量。
电容式传感器具有灵敏度高、精度高、响应速度快等优点，广泛应用于
工业生产、科学研究、医疗保健等领域。
电容式传感器的基本原理是根据电容值与电容板的距离成反比关系，当物理量发生变
化时，电容板的距离也会发生变化，从而导致电容值的变化。
通常，电容式传感器由两个
电容板组成，它们之间夹有一个变化的物理量，如压力、温度、湿度等，当物理量变化时，电容板之间的距离也随之变化。
电容式传感器的应用非常广泛，以下是几个典型的应用案例：
1. 压力传感器
压力传感器是一种应用最广泛的电容式传感器类型。
它通常由一个金属或陶瓷电容片
构成，当外界施加压力时，电容片会发生形变，从而导致电容值的变化。
压力传感器广泛
应用于机械工程、汽车工业、医疗设备等领域，用于测量压力、力、重量等物理量。
湿度传感器也是一种常见的电容式传感器类型。
它通常由两个电容板组成，它们之间
夹有一层吸湿材料。
当空气中的湿度变化时，吸湿材料吸收或释放水分，从而导致电容板
之间的距离变化，进而导致电容值的变化。
湿度传感器广泛应用于气象、农业、建筑等领域，用于测量空气中的湿度和露点温度。
总之，电容式传感器是一种非常优秀的传感器类型，它能够实现对物理量的高精度测量，从而广泛应用于各个领域。
同时，随着科技的不断进步，电容式传感器的性能不断提升，相信在未来的应用中，电容式传感器将会发挥更加重要的作用。
电容传感器(传感器工作原理及应用实例)
电容传感器(传感器工作原理及应用实例) 第六节电容式传感器以电容器作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化的传感器称为电容式传感器。
电容式传感器在力学量的测量中占有重要地位，它可以对荷重、压力、位移、振动、加速度等进行测量。
这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态特性好等许多优点，因此，在自动检测技术中得到普遍的应用。
一、电容式情感器的工作原理现以平板式电容器来说叫电容式传感器的工作原坝。
电容是由两个金属电极，中间有腰电介质构成的，如图4(36所示。
出合构极板N加3:电压时，电极广就盒贮存有电荷(所以电容器实际6:是—个储存电场能的元件。
平板式电容器在忽略边缘6A质效应时，其电容虽(:可长尔为C—:半—l‘d4,J(‘——电容量(F);e一两极板间介质的介电常数(F,m);‘，一一两极板间介质的相对介电常数;q一一真空的介电常数，等于8(85xlo4——极板的面积(m’);J——极板间的距离(m)。
从上式可知，当其中的允、J、q中的任一项发生变化时，都会引起电容量c的变化。
在实际使用时，常使4、6f、q参数中的两项固定，仅改变其中—个参数来使电容量发生变化、根据上述工作原理(电容式传感器可分为三种类型，即改变极板面积的变面积式，改变圾板距离的变间隙式。
改变介电常数的变介电常数式。
在力学传感器中常使用变间隙式电容传感器。
二、电容式传感器的特点(1)结构简单(性能稳定(2)阻抗高，功率小;。
(3)动态响应好，灵敏度高，分辨力强:(4)没有由于振动引起的漂移;(5)闭试导线分布电容对测旦误差影响较大;(6)电容量的变化与极板间距离变化为非线性。
表小5列出了电容式与压电式、应变式、压阻式传感器之间的特性对比。
从表中可以看出电容式传感器在技术特性上比其它传感器有着一系列的优点。
三、电容式荷宣传感器四4(37所示为电容式荷重传感器的结构示意图。
’映在镍铅钥钠块厂加[出“排尺寸川间且等距的圆孔，在园孔内樊[:帖接村带绝缘支架的平板式电容器，然后将每个咀孔内的电容器并联。
电容式传感器(微课课件)
应用-例1
如图所示是用来测定角度θ的电容式传感器。当动片与定片之间的角度θ发生 变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化。知道C的变化，就可以知
道θ的变化情况。
将收相比（ A ） A．电容器的电容一定减小
B．电容器的电容一定增加 C．电容器的电容一定不变
化就能反映液面的升降情况，两者的关系是（ A C ） A. C增大表示h增大 B. C增大表示h减小 C. C减小表示h减小 D. C减小表示h增大 析：液面变化直接影响电容决定式中因素S（正对面积），C大知S大即h增大， 反之亦然，答案AC
应用-例3
传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器， A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定，
析：由C∝1/d可知， d减小C增大；再由电容定义式知，U不变，Q增大， 电源对电容器充电，电流从正接线柱流入，指针向右偏。答案选BD
应用-例4
随着生活质量的提高,自动干手机已进入家庭,洗手后,将湿手靠近自动干手机, 机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干
手机能使传感器工作，是因为 （ D
D．电容器的电容可能增大也可能减小
析：动片旋出时正对面积减小，由平行板电容器决定式可知C一定减小。 正确选项A
应用-例2
传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的 一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。如图所示是一种测定液面高度的
电容式传感器的示意图。金属芯线与导电液体形成一个电容器，从电容C大小的变
当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。
现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路，已知电流 从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力增大时，有下列说法其中正确的 是（ BD ）
电容式传感器的应用PPT课件
6
1. 电容式差压变送器
3.4 电容式传感器的应用
CA
PL
CL
dx
d0
C0
CL CA CA C0
CH
C0
PH
CH
等效电路
即：C0
CACL CA CL
CL
CAC0 CA C0
;
CH
CAC0 CA C0
(1) 半导体压感式传感器
其表面的顶层是具有弹性的压 感介质材料,它们依照指纹的外表 地形(凹凸)转化为相应的电子信号,
并进一步产生具有灰度级的指纹 图像。
(3) 硅电容指纹图像传感器
(2) 半导体温度感应传感器 它通过感应压在设备上的脊
和远离设备的谷温度的不同就可 以获得指纹图像。
这是最常见的半导体指纹传感器,它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵
环形二极管电路
Cx
2 hx
ln D
d
I f E(Cx Cd )
f ECx
ΔE=E2-E1；
f=1/T0，为方波的频率；
在方波频率和幅值一定的情况 下，输出电流的变化与液位成 正比。
3.4 电容式传感器的应用
d
ε0
hx
ε
D
测定电极 绝缘层 水
E2
E1
T1 T2
A e
V D4
V
D1
Cx B
V
D2
i1
电容C与液位h1之间呈线性关系. 15
3. 电容式液位计
3.4 电容式传感器的应用
(1)安装形式
电容式液位计的安装形式因被
电容式传感器及应用—电容式传感器的工作原理及其结构形式(传感技术课件)
平板形变面积式电容传感器的容量变化
设两极板原来的遮盖长度为a0，极板宽度为b，极距固定为d0，当动极板 随被测物体向左移动x后，两极板的遮盖面积A将减小，电容也随之减
小，电容Cx 为
Cx
b(a0
d0
x)
C0
1
x a0
式中C0 — 初始电容值
C0
ba0
d0
在变面积电容传感器中，电容Cx与直线位移x成正比。
变面积式电容式传感器（角位移）
+ + +
变面积式电容式传感器（线位移）
线位移型电容式传感器分： 平面线位移型和圆柱线位移型两 种。
变面积式电容式传感器（线位移）
对于圆柱线位移型电容式传感器，当覆 盖长度h变化时2 / r 1)
圆柱线位移型电容式传感器公式推导
由高斯定理可知，两导体间的电场强度E为 E
λ：单位长度电荷绝对值；r≤ l ≤R；
2 0l
E的方向垂直于轴平面沿辐射方向。
两柱形导体间的电位差为
B
R
R
U AB
Edl
A
r
2 0l
dl
2 0
ln
r
在圆柱形电容器每个极板上的总电荷 Q L
由电容定义得圆柱形电容器的电容为
C Q
L
20 L
U AB
r1、r2：电极板的内、外径；
当液面高度不为0时，电容量为：
C
C1
C2
20 (h hx )
ln r2
2 hx
ln r2
2 0 h
ln r2
2 ( 0 )hx
ln r2
r1
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电容式传感器应用实例演示
电容式传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器之一，它通过测量
电容的变化来检测环境中的物理量。
其原理是利用了介质的电容与其周围
环境的关系，当介质的性质或位置发生改变时，电容值也会发生相应的变化。
以下是几个电容式传感器应用实例的演示：
1.液位检测：在液体储罐中安装电容式液位传感器，通过测量液位与
罐壁之间的电容变化来确定液位的高低。
当液位上升时，液体与罐壁之间
的介电常数增加，导致电容值增加；反之，当液位下降时，电容值减小。
这种液位检测方法广泛应用于石油、化工等行业。
2.触摸传感：将电容式传感器应用于触摸屏上，能够实现触摸位置的
精确检测。
触摸屏上覆盖了一层由导电材料制成的感应层，当手指接触屏
幕时，手指周围的电场会影响感应层上的电容。
通过测量这个电容的变化，可以确定手指触摸的位置，并将其转化为相应的控制信号。
3.地热能利用：利用地下的地热能作为供暖或供冷的能源已经成为一
种环保的方式。
电容式传感器可以用于监测地下能源的温度变化，通过测
量地下水或土壤的电容来确定温度变化的幅度和趋势。
这种监测方式有助
于科学合理地利用地下的地热能，提高能源利用效率。
4.空气质量检测：通过检测空气中各种气体的电容变化，可以判断空
气质量的优劣。
电容式传感器能够感知空气中的气体浓度变化，从而实时
监测空气中的有害气体浓度。
将这些传感器应用于空气净化器或环境监测
设备上，可以实时监测和改善室内空气质量。
5.智能农业：电容式传感器可以应用于农业领域，实现土壤湿度的准
确测量。
根据土壤的含水量不同，土壤的电容也不同，通过测量土壤与传
感器之间的电容变化，可以判断土壤的湿度状况。
利用这些数据，可以实现精准的灌溉控制，提高农作物的产量和质量。
总结：电容式传感器广泛应用于液位检测、触摸传感、地热能利用、空气质量检测和农业等领域。
通过测量电容的变化，可以实现对环境中各种物理量的检测和监测。
随着科技的不断进步，电容式传感器在各个领域的应用也将不断扩大和深入。