电容传感器的应用
电容式传感器原理及其应用PPT课件
2.1 变面积式电容传感器
变面积式电容式传感器通常分为线位移型 和角位移型两大类。
〔1〕线位移变面积型
常用的线位移变面积型电容式传感器可分 为平面线位移型和柱面线位移型两种结 构。
➢ 对于平板状结构，在图4-2〔a〕中，两极板有效覆盖面积就发生变化，电容 量也随之改变，其值为：
➢
➢ 式中，
，为初始电容值。
➢ 当电容式传感器的电介质改变时，其介电常数变化， 也会引起电容量发生变化。
➢ 变介电常数式电容传感器就是通过介质的改变来实 现对被测量的检测，并通过传感器的电容量的变化 反映出来。它通常可以分为柱式和平板式两种，如 下图。
〔a〕柱式
〔b〕平板式
变介电常数式电容传感器
➢ 变介电常数式电容传感器的两极板间假设存在导电 物质，还应该在极板外表涂上绝缘层，防止极板短 路，如涂上聚四氟乙烯薄膜。
➢ 电桥的输出电压为：
2.2 变压器电桥电路
电容式传感器接入变压器电桥测量电路如下图，它可 分为单臂接法和差动接法两种。
〔a〕单臂接法
〔b〕差动接法
〔1〕单臂接法
图4-8(a)所示为单臂接法的变压器桥式测量电路，高 频电源经变压器接到电容桥的一个对角线上，电容 构成电桥的四个臂，其中 为电容传感器。
〔a〕电容器的边缘效应
〔b〕带有等位环的平板式电容器
图4-14 等位环消除电容边缘效应原理图
〔2〕保证绝缘材料的绝缘性能 ① 温度、湿度等环境的变化是影响传感器中绝缘材料
性能的主要因素。 ②传感器的电极外表不便清洗，应加以密封，可防尘、
防潮。 ③ 尽量采用空气、云母等介电常数的温度系数几乎为
零的电介质作为电容式传感器的电介质。 ④ 传感器内所有的零件应先进行清洗、烘干后再装配。
手机电容传感器的原理与应用
手机电容传感器的原理与应用1. 什么是手机电容传感器手机电容传感器是一种利用电容变化来实现触摸感应的技术。
它通过检测人体电容的变化来感知触摸操作，实现对手机屏幕上的手指或者其他物体的位置感知。
2. 手机电容传感器的原理手机电容传感器的工作原理主要包括电容分布和电容变化两个方面。
2.1 电容分布手机电容传感器利用了电容的基本原理，即两个导体之间的电容与它们之间的距离、形状和相对介电常数有关。
在手机屏幕上，通常会涂覆一层透明的导电材料，如ITO导电膜，形成一个电容。
当手指或其他导电物体接触到屏幕上时，会改变电容的分布情况。
2.2 电容变化当手指接触到屏幕时，手指和屏幕之间的电容会发生变化。
手机电容传感器会监测这种电容变化，并将其转换为触摸信号。
3. 手机电容传感器的应用手机电容传感器的应用广泛，主要包括以下几个方面：3.1 触摸屏幕手机电容传感器最常见的应用就是用于触摸屏。
它可以感知用户的手指在屏幕上的位置和动作，从而实现各种操作，如点击、滑动、缩放等。
3.2 手势识别手机电容传感器还可以用于手势识别。
通过检测手指在屏幕上的移动轨迹和压力变化，可以识别出用户的手势操作，如上下滑动、放大缩小等。
3.3 近距离检测手机电容传感器还可以实现近距离检测。
通过监测用户手指或者其他物体与屏幕的距离变化，可以实现一些特殊功能，如自动亮度调节、接近耳朵时自动关闭屏幕等。
3.4 物体识别手机电容传感器还可以用于物体识别。
通过检测不同物体与屏幕之间的电容变化，可以实现对不同物体的识别，如电容笔的识别。
4. 其他相关技术除了手机电容传感器，还有其他一些与之类似的触摸技术，包括电阻式触摸屏、声纳触摸屏和光学触摸屏等。
每种技术都有自己的优势和应用场景，在不同的设备上有不同的应用。
5. 总结手机电容传感器是一种利用电容变化来实现触摸感应的技术。
它通过检测人体电容的变化来感知触摸操作，实现对手机屏幕上的手指或者其他物体的位置感知。
电容式传感器的应用
4、电容传声器
采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料经特殊 电处理后，表面永久地驻有极化电荷，取代了电容传声器 极板，故名为驻极体电容传声器。
变极距型应用：电容式传声器
7、电容式接近开关 被测物体 感应电极
振荡电路
被测电容
传感器技术及应用
传感器技术及应用
电容式传感器的应用
1.2 电容式传感器的应用举例 1、电容式测微仪
探头
高灵敏度电容式测微仪采用
非接触方式精确测量微位移和振 S
动振幅。在最大量程为（100±5）
h
μm时，最小检测量为0.01μm。 右图为电容式测微仪测头原 被测件
理图。
图4.17 电容式测微仪原理图
2、电容式压力传感器
压力变送器 陶瓷电容压力传感器
3.电容式加速度传感器
右图为电容式加速 度传感器的结构示意图。
4
5
A面
6
2
质量块4由两根簧片3支
Cx1
3
撑于充满空气的壳体2
内，弹簧较硬使ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统的 2
固有频率较高，因此构
Cx2
成惯性式加速度计的工 作状态。
B面
1
1、5—固定极板；2—壳体；3—簧片；4—质量块；6—绝缘体
图4.20（a）为单只变极距型电容式传感器原理图。 用于测量气体或液体压力。
图4.20（b）为一种 小型差动电容式压 力传感器。可用于 微小压力。
3 P
1
2
4
5
6
P
（a）单只电容式压力传感器 （b）差动电容式压力传感器 图 4.20 电容式压力传感器
产品.
液体压力 作用在陶 瓷膜片的 表面，使 膜片产生 位移。
电容式传感器在日常生活中的应用
精密电容位移传感器可以在线检测压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量等。
该传感器是一个单一的通道，高性能线性位移测量系统，创新的电容位移测量技术，提供了纳米测量能力，成本低，适合测量任何导电目标。
在线电容式水分检测传感器能够在线检测各种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率，特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮机、船舶机械。
监视循环油系统是否存在泄漏，如水冷却器等。
监视工作机械的密封元件是否损坏，引起外部水渗入。
监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响。
从而精确测定润滑油质量，预测设备故障，是设备润滑油管理中的关键部件。
本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻，结构可靠，测量精度高，工作稳定，具有较强的抗电磁干扰性能。
封闭型不锈钢制外壳具有很好的防水防尘性能。
可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。
是理想的在线水分检测传感器。
还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，在线、连续、实时的检测各种低水分油品的含水率。
直接显示，远程控制和报警。
实现数据存储，积算、传输和控制功能。
普遍应用于大中型机械联动机组的液压、润滑循环系统。
电容式润滑油实时在线监测传感器可以在线准确测定润滑油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其它机械化学杂质污染度，从而精确测定润滑油质量，判定是否需要更换润滑油，即可节约油料，又能预测设备故障，是设备润滑油管理中改变传统的按期换油，实现按质换油的关键部件。
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简述几种电容传感器的应用
简述几种电容传感器的应用
电容传感器是一种常见的传感器，其应用范围非常广泛。
下面简述几种电容传感器的应用：
1. 接近开关：电容传感器可以用作接近开关，用于检测物体是否接近传感器。
这种应用场景非常常见，例如机械装置中的接近开关、自动门的开关等。
2. 液位测量：电容传感器可以测量液体的液位，通过检测电容的变化来确定液位高低。
这种应用在工业、农业等领域非常常见。
3. 湿度测量：电容传感器可以测量环境中的湿度，通过检测电容的变化来判断湿度的大小。
这种应用在气象、农业、医疗等领域都有广泛的应用。
4. 重量传感：电容传感器可以用来测量物体的重量，通过测量电容的变化来确定物体的质量。
这种应用在工业、医疗、家庭等领域都有广泛的应用。
综上所述，电容传感器的应用非常广泛，无论是在工业、医疗、家庭等领域都有重要的作用。
- 1 -。
电容式传感器的应用
电容式传感器的应用电容式传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。
电容式传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。
随着社会的发展，电容式传感器得到了越来越广泛的发展。
下面举几个电容式传感器的应用实例。
1.PT800型压力变送器PT系列产品中的标准型号，内置陶瓷电容式传感器。
可以自由选配模拟、数字现场显示表头。
有多种过程连接件，可以现场调零点、满量程。
广泛应用于自动化工业中对液体、气体和蒸汽的测量。
2.电容式触摸屏目前，电容式触摸屏已经逐渐广泛应用于消费电子、便携式产品领域。
从理论上说，一根走线、间隔、另一根走线，这就是组成一个电容传感器的全部所需，直接在这些走线上覆盖一层绝缘透明塑料膜即可使其成为电路板的一部分。
当手指或某物体或人接近或者碰触到传感器时，电容传感器会检测(或称感测)到电容值的变化如下图标所示3.电容式加速度传感器它有两个固定极板（与壳体绝缘）, 中间有一用弹簧片支撑的质量块，此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板（与壳体电连接）。
当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时，两电容的间隙发生变化，一个增加，一个减小，从而使C1、C2产生大小相等，符号相反的增量，此增量正比于被测加速度。
4.电容式料位传感器测定电极安装在罐的顶部，这样在罐壁和测定电极之间就形成了一个电容器。
当罐内放入被测物料时, 由于被测物料介电常数的影响，传感器的电容量将发生变化，电容量变化的大小与被测物料在罐内高度有关，且成比例变化。
检测出这种电容量的变化就可测定物料在罐内的高度。
5.电容式传声器电容传声器核心是平板电容器，振动膜片是一片表面经过金属化处理的轻质弹性薄膜，当膜片随着声波的压力的大小产生振动时，膜片与后极板之间的相对距离发生变化，膜片与极板所构成电容器的量就发生变化。
电容式传感器的应用
电容式传感器的原理及应用电容传感器是将被测的非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器,它不仅能测量荷重、位移、振动、角度、加速度等机械量,还能测量液面、料面、成分含量等热工参量。
这种传感器具有高阻抗、小功率、动态范围大、动态响应较快、几乎没有零漂、结构简单和适应性强等优点。
因此,电容传感器在自动检测技术中占有很重要的地位,并得到广泛的应用。
电容式传感器有着许多优点,应用也非常广泛,本文介绍了电容式传感器的工作原理,应用及发展趋势。
一．基本原理电容式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电容量的变化，再经过转换电路变成电信号输出。
由物理学可知,两个平行金属板组成的电容器,如果忽略了边缘效应,其电容为C=εS/d。
可见在三种参数中保持其中两个不变而仅仅改变第三个参数电容就会改变,因此电容式传感器可以分为三种类型。
1.1变间距型电容传感器如图(1)所示,1为固定极板,2为可动极板。
当可动极板向上移动x,则电容的增量为ΔC=εS/(d-x)-εS/d=-εS/d(x/(d-x))=C0/d(x/(1-x/d))所以灵敏度S=Δx=C0/d=C0/d(1+x/d+x/d2+x/d3+……)。
从上式中可以看出,电容的变化量与极板移动的位移有关,而且当x/d<<1时,可以近似地认为ΔC=S·x，成线性关系。
为了提高灵敏度可以适当减小电容器初始间距和增大初始电容值。
1.2变面积型电容传感器如图所示,下面的极板为动片,上面的极板为定片。
当动片与定片有一相对线位移时,两片金属极板的正对面积变化,引起电容量的变化。
当线位移x=0时,设初始电容量为C0=εab/d,当x≠0时,Cx=ε(a-x)b/d=C0(1-x/a),因此ΔC=-C0x/a,灵敏度S=-C0/a。
可见变面积型传感器是线性传感器,增大初始电容可以提高灵敏度。
1.3变介质型电容传感器二．电容式传感器的应用1.触摸屏广泛应用于我们日常生活各个领域，如手机、媒体播放器、导航系统数码相机、PDA、游戏设备、显示器、电器控制、医疗设备等。
电容式传感器的应用
1.3.2 TR230型容栅测微传感器
1) 工作原理
如图所示，容栅传感器是一种无差调节的闭 环控制系统，基本测量部分是一个差动电容器， 它是利用电容的电荷耦合方式将机械位移量转变 成为电信号的相应变化量，将该电信号送入电子 电路后，再经过一系列变换和运算后显示出机械 位移量的大小。
2) 外型尺寸
具体结构尺寸为：
其中，前置器DT610：供电±15VDC；输 出0 — 10V；（可选）DC24：供电DC24VDC； 输出0 — 10V；或DC9/36：供电9 — 36VDC； 输出0 — 10V。
4）技术参数
在室温20℃，传感器电缆长为1米的情况 下测得的。在被测材料为金属材料时，测量信 号线性特性，不需重新校准。导电性能的变化 不会影响传感器灵敏度和线性。
5）线性化校准
它在出厂时已用金属材料校 准好，输出0 — 10V。
在精度低时测量范围可扩展2 - 3倍，如下图所示。
6）传感器和电缆
传感器带有保护环，它用1米长电缆 同前置器连接起来。应用时，无须再校 准，灵敏度误差在0.5 — 1%以内。特殊 传感器请咨询。所有传感器无安装座， 也能简单安装。固定通常用埋头螺钉或 者开口夹（如右图所示）。
TR230型的L0=31（mm） ，L=194（mm）；
3）技术指标 I. 测量范围：0-30mm/0-50mm/0100mm II. 分辨率：0.01mm、0.005mm III. 测力：≤2.5N IV. 最大移动速度：1.5M/s V. 工作温度：10℃-40℃ VI. 存储温度：0℃-55℃
1）工作原理
被测介质的两种压力通入高、低两 压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两 侧隔离膜片上，通过隔离膜片和δ元 件 内的填充液传到预张紧的测量膜片两侧。 当两侧压力不一致时，致使测量膜片产 生位移，其位移量和压力差成正比，故 两侧电容就不等，通过检测，放大转换 成4-20mA的
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电容传感器的应用
一、电容式传感器的工作原理
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为
图1.1平行板电
容器
式中：
ε——电容极板间介质的介电常数ε=ε0·εr,其中ε0为真空介电常数;
εr ——极板间介质相对介电常数;
A ——两平行板所覆盖的面积;
d 为两平行板之间的距离。
当被测参数变化使得上式中的A ，d 或ε发生变化时, 电容量C 也随之变化。
如果保持其中两个参数不变, 而仅改变其中一个参数, 就可把该参数的变化转换为电容量的变化, 通过测量电路就可转换为电量输出。
在实际使用时，电容式传感器常以改变改变平行板间距d 来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。
改变平行板间距d 的传感器可以测量微米数量级的位移，而改变面积A 的传感器只适用于测量厘米数量级的位移。
当动极板移动
后，覆盖面积就发生了变化，电容也随之改变，下图为直线位移型电容式传感器的示意图，其为变面积式的一种。
电容：
d A
c ε=x
∆x ∆
图1.2直线位移型
此外，改变板间距d或者电介质ε，便是变间隙式和变介电常数式电容传感器结构形式，结构形式如下图所示，
图 1.3变间隙式
图1.4变间介电常数式
二、电式传感器的应用行业
1.电容式传感器的应用十分广泛，包括各种冷热轧带钢、钢板、铝板、铝箔、铜板、铜箔、转炉内衬、木材、食品、精密器件，各类橡胶片、橡胶膜、橡胶轮胎、塑料板材、布等透明及非透明柔性板材的厚度在线测量监控。
2.电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅(测至0.05μm的微小振幅)，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。
在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。
3. 电容式传感器在农业上的应用在农业生产中，长期以来，粮食水分检测一直依靠手搓、嘴咬、眼观为主要的判别方法，人为影响很大。
但是国家在粮食收购过程中开始推行收购统一化、标准化，其中就包括粮食水分检测的标准化，因此设计一套粮食水分快速检测仪是十分必要的。
在设计中采用电容式传感器作为测量器件。
该传感器是根据变介质型电容式传感器设计的。
被测粮食放入电容式传感器两极板间时，由于粮食的含水量不同，从而使电容式传感器的相对介电常数发生变化，即引起了电容值变化。
在电容式传感器一端施加一个正弦高频激励信号，则在其输出端必然产生一个衰减响应，而且，激励与响应信号是同频的，只是相位发生了平移，通过测量相角即可求得电容与电导的比值，从而测出粮食的含水量。
由于所测的粮食为颗粒形状，其装入容器中存在许多气隙，因而其介电常数较小，但其传感器的极板有效面积不能太小，因此本系统的电容式传感器采用同轴的圆筒型电容式传感器。
4.电容式传感器在工业上的应用饮料包装中产品净含量是否达标是产品质量的一个重要指标。
虽然在饮料灌注机上使用精确流量计来满足定量灌装的要求,但灌注机长期高速运行会导致灌注机件磨损或喷管堵塞,从而造成灌注的实际值和设定值有
偏差;有些含气饮料刚灌注好时会有大量泡沫存在,如果瓶盖没盖严,饮料将会溢出,从而导致饮料实际含量偏低。
所以,在实际生产中,饮料灌装好后要用液位检测仪实时检测瓶子的液位。
为了能够快速精确地检测液位,需要设计出一套测量精度高、速度快、造价低、维护容易的液位检测设备,而且这个设备对被测对象没有过多要求,对人体没有伤害,电容式液位检测装置可以满足上述要求。
三、电容传器在工程中的应用
电容式传感器的具体应用很广泛，常见的有：
1.电容式位移传感器
2.电容式转速传感器
3.电容式加速度传感器
装有传感器的假人
气囊
加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。
当测得的负加速度值超过设
定值时，微处理器据此判断发生了碰撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。
4.电容式液位传感器
聚四氯乙烯外套
棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。
5.电容式湿度传感器
吸水分子薄片
利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。
当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水的相对介电常数为80），所以电容量增大。
6.电容式测厚仪
振荡频率包含了电容传感器的间距dx的信息。
各频率值通过取样计数器获得数字量，消除非线性频率变换产生的误差，即可获得板材厚度。
四、参考文献
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电容式传感器在自动化生产设备上的应用。