4电容式传感器

电容式传感器

一、单项选择题

1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将（）。

A. 保持不变

B.增大一倍

C. 减小一倍

D.增大两倍

4、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（）。

A．灵敏度会增加 B．灵敏度会减小

C．非线性误差增加 D．非线性误差不变

5、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）。

A．变间隙式 B．变面积式

C．变介电常数式 D．空气介质变间隙式

10、下列不属于电容式传感器测量电路的是（）

A．调频测量电路 B．运算放大器电路

C．脉冲宽度调制电路 D．相敏检波电路

12、电容式传感器做成差动结构后，灵敏度提高了（）倍

A．1 B．2 C．3 D．0

三、填空题

1、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为的变化来实现对物理量的测量。

2、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为电容式传感器、

电容式传感器和电容式传感器。

3、变极距型电容式传感器的灵敏度是指单位距离改变引起的。

4、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成关系。

10、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）外是线性的。

四、简答题

1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？各适用于什么场合？

3、差动结构的电容传感器有什么优点？

6、影响电容式极距变化型传感器灵敏度的因素有哪些？提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？

五、计算题

2、当差动式极距变化型的电容传感器动极板相对于定极板位移了△d=0.75mm时，若初始电容量C1=C2=80pF，初始距离d=4mm，试计算其非线性误差。若将差动电容改为单只平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？

2、解：差动变极距型电容传感器非线性误差： 2

20d 0.75100%()100% 3.5%d 4δ?=?=?= 单只平板电容，其非线性误差为：

0d 0.75100%100%18.75%d 4δ?=?=?=

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。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/171943456.html,。

电容式传感器的特点及应用中存在的问题

电容式传感器的特点及应用中存在的问题 张文杰 保定天翔集团毛纺织有限责任公司河北保定071000 摘要：本文阐述了电容式传感器有温度稳定性好、结构简单、动态响应好、可以实现非接触测量，具有平均效应的优点，输出阻抗高，负载能力差、寄生电容影的及其缺点，以及在应用中存在的 问题。 关键词：电容、传感器、负载 Abstract:This paper describes the capacitive sensor has good temperature stability,simple structure,good dynamic response,non-contact measurement can be achieved,with the average effect of the advantages of high output impedance, load capacity is poor,and shortcomings of the parasitic capacitance of the film,and Problems in the application. Keywords:capacitors,sensors,load 1.电容式传感器的特点 1）优点 （1）温度稳定性好。电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系统低的材料，又因本身发热极小，影响稳定性甚微。而电阻传感器有电阻，供电后产生热量：电感式传感器有铜损、磁游和涡流损耗等，易发热产生零漂。 （2）结构简单。电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度，可以做得非常小巧，以实现某些特殊的测量；能工作在高温，强车船及强磁场等恶劣的环境中，可以承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；能测量超高温和低压差，也能对带磁工作进行测量。 （3）动态响应好。电容式传感器由于带电极板间的静电引力很小（约几个10-5N），需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小、很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特别适用于动态测量。又由于其介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数。 （4）可以实现非接触测量，具有平均效应。例如，非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减少工作表面粗糙度等对测量的影响。 电容式传感器除了上上述的优点外，还因其带电极板间的静电引力很小，所以输入和输入能量极小，因而可测极低的压力，以及很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨率高，能敏感0.01μm甚至更小的位移；由于其空气等介质损耗小，采用差动结构连接成电桥式时产生的零残极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度。 2）缺点 （1）输出阻抗高，负载能力差。电容式传感器的容量受共电极的几何尺寸等限制，一般只有几pF到几百pF，使传感器的输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗高达106—108Ω。因此传感器的负载能力很差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，严重时甚至无法工作，必须采取屏蔽措施，从而给设计和使用带来极大的不便。阻抗大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高（几十MΩ以上），否则绝缘部分将作为旁路电阻而影响仪器的性能（如灵敏度降低），为此还要特别注意周围的环境如温度、清洁度等。不采用高频供电，可降低传感器输出阻抗，但高频放大、传输远比低频的复杂，且寄生电容影响大，不易保证工作的稳定性。 （2）。电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其寝电容量都很小（几pF到几十pF），而连接传感器和电子线路的引线电缆电容（1—2m导线可达800pF），电子线路的杂散电容，以及传感器内极板与其周围导体构成的“寄生电容”却较大，不仅降低了传感器的灵敏度，而且这些电容（职电缆电容）常常的随机变化的，将使仪器工作很不稳定，影响测量精度。因此对电缆的选择、安装、接法都有要求。 随着材料、工艺、电子技术，特别是集成技术的发展，使电容式传感器的优点得到发扬，而缺点不断地得到克服。电容式传感器正逐渐成为一种高灵敏度、高精度，在动态、低压及一些特殊测量方面大有发展前途的传感器。 2.应用中存在的问题 1）边缘效应以上分析各种电容式传感器进还忽略了边缘效应的影响。实际上当极板厚度h与极距d之比相对较大时，边缘疚的影响就不能忽略。这时，对极板半径为r的变极距型电容传感器。

4电容式传感器

电容式传感器 一、单项选择题 1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将（）。 A. 保持不变 B.增大一倍 C. 减小一倍 D.增大两倍 4、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（）。 A．灵敏度会增加 B．灵敏度会减小 C．非线性误差增加 D．非线性误差不变 5、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）。 A．变间隙式 B．变面积式 C．变介电常数式 D．空气介质变间隙式 10、下列不属于电容式传感器测量电路的是（） A．调频测量电路 B．运算放大器电路 C．脉冲宽度调制电路 D．相敏检波电路 12、电容式传感器做成差动结构后，灵敏度提高了（）倍 A．1 B．2 C．3 D．0 三、填空题 1、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为的变化来实现对物理量的测量。 2、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为电容式传感器、 电容式传感器和电容式传感器。 3、变极距型电容式传感器的灵敏度是指单位距离改变引起的。 4、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成关系。 10、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）外是线性的。 四、简答题 1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？各适用于什么场合？ 3、差动结构的电容传感器有什么优点？ 6、影响电容式极距变化型传感器灵敏度的因素有哪些？提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？ 五、计算题 2、当差动式极距变化型的电容传感器动极板相对于定极板位移了△d=0.75mm时，若初始电容量C1=C2=80pF，初始距离d=4mm，试计算其非线性误差。若将差动电容改为单只平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？

电容式传感器在液位测量中的应用

电容式传感器在液位测量中的应用 【摘要】本文主要介绍了电容式传感器在液体测量中的一项应用——电容式液位计。电容式液位计是企业自动化的重要检测工具.本文介绍的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。 【关键词】电容式液位计;测量原理;连接电路 洪水灾害是我国发生频率高、危害范围广、对国民经济影响最为严重的自然灾害。洪灾会造成江、河、湖、库水位猛涨，堤坝漫溢或溃决。所以一个安全，可靠，及时的水位测量系统显得尤为重要，目前我国较多使用的是浮子式水位测量计，虽然结构简单，但是干扰性较差，抗腐蚀能力也较低。本文根据检测与转化技术中的电容式传感器做成水位测量计报警系统，结构简单，具有极高的抗干扰性和可靠性，解决了温度、湿度、压力及物质的导电性等因素对测量过程的影响。能够测量强腐蚀性的液体，如酸、碱、盐、污水等。 1.解决方案 由于较多的降雨，水库的水位会增加，所以可以利用电容式传感器做成水位测量计。 1.1检测原理 电容式液位计是根据电容的变化来实现液位高度测量的液位仪表，电容式液位计的主要构件包括容式物位传感器和检测电容的线路。电容式液位计在测量时是将一根金属棒探入被测量容器的溶液中，将金属棒作为电容的一极，将容器壁作为电容的另一极。 电容式液位计在工作时，两个电极之间分别处于两种介质之中，而这两种介质的介电常数肯定是不同的，液体的介电常数ε1和气体的介电常数ε2之间存在一个差，这样同一段距离中ε1与ε2的比例不同，加和的结果也不同。 电容式液位计测量时，加设ε1>ε2，那么当液位升高时，ε1占据的比例增大而ε2占据的比例减小，两个电极之间的总的介电常数值也就会随之增大，而电容量也就会相应增加，通过对电容量增加值的测算就可以得到液位高度值。 在液位的连续测量中，多用同心圆柱式电容器，同心圆柱式电容器的电容量: C=■ 式中：

4电容式传感器习题

第4章 电容式传感器 电容式传感器可分为哪几类各自的主要用途是什么 答:电容式传感器可分为三类，具体如下： （1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 （2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 （3）变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要如何解决 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 ! 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。 试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。（极板的有效面积为A ，真空介电常数为0ε ） (a ) (b ) (c ) 解（1）图(a )等效为三个平板电容器串联 0111 A C d εε= ，022 2 A C d εε= ，0333 A C d εε= 总电容量为 31232133121212301020301231111 d d d d d d C C C C A A A A εεεεεεεεεεεεεεεε++=++=++=串

故 < 01233 12123 213312 010203 A A C d d d d d d εεεεεεεεεεεεεεεε= = ++++串 （2）图(b )等效为两个平板电容器并联 012A C C C d εε=== 0122A C C C d εε=+= 并 （3）图(c )等效为两柱形电容器并联，总电容量为 ()H d d d d L d d H L d d H C )/ln()(2)/ln(2)/ln()(2/ln 212012012012εεππεπεπε-+=-+= 在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。已知：δ0=；D =；R =Ω；U sr =60V(交流)，频率f =400Hz 。试求： - (1)该电容传感器的电压灵敏度K u (V /μm )； (2)当电容传感器的动极板位移△δ=10μm 时，输出电压U sc 值。 解：（1）根据图中所示的桥路连接方法，可得 2 21 121212 1 1 11 222 sr sc sr sr R U j C C C U U U C C j C C R R R j C j C ωωωω+ -=- = ?+++ ++ 初始电容

电容式传感器的应用与发展

电容式传感器的应用与发展 系别电子信息与电气工程系 专业自动化 班级 12级自动化卓越班 姓名刘安睿劼汪峰丁玉梦 学号 120503 120503 1205031035 老师储忠 成绩

电容式传感器的应用与发展 摘要：电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种参量型传感器。它不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步地扩大，应用于压力、位移、液位、料面、成分含量等方面的检测。由于形式多种多样，传感器电容值相差很大。电容式传感器可分为变面积变化式、变间隙式、变介电常数式三类。变面积变化式一般用于测量角位移或较大的线位移。变间隙式一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。变介电常数式常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等一系列优点，因此占有很重要的地位。文中主要介绍了电容式传感器的工作原理,应用及发展趋势。 关键词：电容式传感器应用发展

目录 一、电容式传感器的工作原理 (1) 二．电容式传感器的应用行业 (2) 三．电容式传感器的基本方法 (3) 1.普通交流电桥 (3) 2.变压式电桥 (4) 3.双T电桥电路 (4) 4.运算放大器式测量电路 (4) 5.脉冲调制电路 (5) 6.调频电路 (5) 四．电容式传感器在具体工程中的应用 (5) 1.电容式位移传感器 (5) 2.电容式转速传感器 (6) 3.电容式加速度传感器 (6) 4.电容式液位传感器 (6) 5.电容式湿度传感器 (7) 6.电容式测厚仪 (7) 五．电容式传感器的发展趋势 (7) 1.智能化 (7) 2. 微型化 (8) 六、参考文献 (8)

传感器原理与应用习题第4章电容式传感器

《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书 第4章 电容式传感器 4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？ 答：（1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 （2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 （3）变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。 4-2 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差？ 答：原因：灵敏度S 与初始极距0δ的平方成反比，用减少0δ的办法来提高灵敏度，但0δ的减小会导致非线性误差增大。 采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。 4-3 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？设计和应用中如何解决这些问题？ 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 解决：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术。 4-4 电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的目的及特点是什么？使用这些测量电路时应注意哪些问题？ 4-5 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？ 答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。4-6 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。 4-7 试计算图P4-1所示各电容传感元件的总电容表达式。 4-8如图P4-2所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，已知原始极距1δ＝2δ＝

电容式传感器的应用与发展

传感器检测与运用 题目电容式传感器的应用与发展 姓名王鑫 学院工学院 专业交通运输 班级交运114班 学号 30211418 指导老师卢伟职称讲师 2 0 1 3 年 1 2 月 2 8 号

电容式传感器的应用与发展 电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种参量型传感器。电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，由于形式多种多样，传感器电容值相差很大。电容式传感器可分为变面积变化式、变间隙式、变介电常数式三类。变面积变化式一般用于测量角位移或较大的线位移。变间隙式一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。变介电常数式常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。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。70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。而本文主要介绍了电容式传感器的工作原理,应用及发展趋势。 一、电容式传感器的基本工作原理 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 ε为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 为极板间介质相对介电常数;A 为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。 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。 d A c ε=x ?

电容传感器在手机上的应用

电容式传感器的应用实例

——电容式传感器在手机上的应用 摘要：随着传感器不断的发展与成熟，电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，在农业、工业等领域的发展作出突出贡献。电容式传感器作为一项前途广阔的新型技术，日益受到人们的重视。 电容式感测技术在手机触摸屏中的应用 引言 电容传感技术投入应用已长达一个世纪，它具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，具有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性。 电容式感测用户界面正作为手机中机械按键的一种实用的创新替代方案脱颖而出。虽然电容式传感器可被视作传统按键的简易替代方案，但该技术不仅仅是半球型开关的一种升级。当手机采用触摸式传感器来实现时，手机制造商在设计中可获得一种令人激动的崭新的外观感觉选择。 利用电容式传感器，手机按键，即键垫（key mat），无需移动式元件就可以实现，这样会形成平顺光滑的接触表面。此外，设计人员还可在机械按键顶端选用电容式感测，轻按会触发电容式传感器，重按则激活机械开关。 整合了这种技术的手机不仅能感测手指的位置，还能感测到手指对按键施加压力的轻重。轻按可能与电话号码簿翻页有关，重按则可能是往选定号码拨打电话。 近年来手机设计中出现的最引人注目的趋势之一是电容式传感器和透明导体的结合。这种透明键垫为设计人员提供了许多具创造性的选择。 手指电容 所有电容式触摸传感系统的核心部分都是一组与电场相互作用的导体。在皮肤下面，人体组织中充满了传导电解质(一种有损电介质)。正是手指的这种导电特性，使得电容式触摸传感成为可能。 简单的平行板电容器具有两个导体，其间隔着一层电介质。该系统中的大部分能量直接*在电容器极板之间。少许能量会泄露到电容器极板以外的空间，而由这些泄露能量所形成的电场被称为“边缘场”。制作实用电容式传感器的部分难题在于：需要设计一组印制导线，将上述的边缘场引导到用户易接近的有效感

实验四电容式传感器测量位移实验

电容式传感器测量位移实验 一、实验目的 （1）了解电容式传感器结构及原理。 （2）熟悉数据采集系统的结构与应用。 二、基本原理 （一）电容式传感器及其测量电路 1、电容式传感器 本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如图1所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2 ｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生?X位移时，电容量的变化量为?C=C1－C2=ε2 2?X／ln(R／r)，式中ε2 、ln(R／r)为常数，说明?C与位移?X成正比，配上配套测量电路就能测量位移。 图1 实验电容式传感器结构示意图 2、测量电路 测量电路画在实验模板的面板上，其电路的核心部分是二极管充放电电路。 （二）数据采集系统 数据采集系统（数据采集卡）对实验数据（模拟量）进行采集并与计算机(PC机)通讯，再用计算机对实验数据进行分析处理。其原理框图如图2所示。 图2数据采集系统实验原理框图 三、需用器件与单元 主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头；数据采集通讯卡(内置式，已经装在主机箱内)、RS232连线、计算机。 附：测微头的组成与使用

测微头组成和读数如图3所示。 测微头读数图 图3测位头组成与读数 测微头组成：测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。 测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(０.５ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(０.０１ｍｍ／格)。 用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方向移动微小位移０.０１毫米，这也叫测微头的分度值。 测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图3甲读数为３.６７８ｍｍ，不是３.１７８ｍｍ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，如图3乙已过零则读２.５１４ｍｍ；如图3丙未过零，则不应读为２ｍｍ，读数应为１.９８０ｍｍ。 测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，首先转动微分筒到１０ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。 四、实验步骤： 1、按图4将电容传感器装于电容传感器实验模板上并按图示意接线(实验模板±15V电源端口接主机箱±15V电源；实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ)。

电容式传感器的工作特点及应用实际

电容式传感器的工作特点及应用实际 好像在突然之间，电容式传感器就无处不在了。它被安装在汽车座位里以控制气囊配置和安全带预紧装置，在洗碗机和干燥机中以校正旋转桶的状态，甚至冰箱也使用其来控制自动去冰过程。但是直到现在，它最大的潜在应用领域还是触摸开关，触摸开关已越来越多地出现在消费电子产品中。因为混合信号IC工艺得到广泛的采用，这种技术允许芯片设计师优化芯片的模拟和数字子系统，以构建具有前所未有的灵敏度和耐用性的电容式传感器，而且成本是机械式开关所不能比拟的。 如何工作 电容式传感器基本上可以分成三类：电场传感器、基于弛张振荡器的传感器以及电荷转移（QT）器件。电场传感器通常会产生数百kHz的正弦波，然后将这个信号加在电容一个极板的导电盘上，并检测另外一个导电盘上的信号电平。当用户的手机或另外的导体对象接触到两个盘的时候，接收器上的信号电平将改变。通过解调和滤波极板上的信号，可能获得一个直流电压，这个电压随电容的改变而变化；将这个电压施加在阈值检测器上，即可以产生触摸/无触摸的信号。 弛张振荡器使用了一个电极盘，其上的电极电容构成了锯齿波振荡器中的可变定时单元。通过将恒定电流馈入到电极线，电极上的电压随时间线性增加。该电压提供给比较器一个输入，而比较器的输出连接到一个与电极电容并行连接的接地开关上。当电极电容充电到一个预先确定的阈值电压时，比较器改变状态，实现开关动作—对定时电容放电，打开开关，这个动作将周期性的重复下去。其结果是，比较器的输出是脉冲串，其频率取决于总的定时电容的值。传感器根据不同的频率改变来报告触摸/无触摸状态。 QT器件利用了一种称为电荷保持的物理原理。举例来说，开关在一个短时间内施加一个电压到感应电极上对其充电，之后开关断开，第二个开关再将电极上的电荷释放到更大的一个采样电容中。人手指的触摸增大了电极的电容，导致传输到采样电容上的电荷增加，采样电容因此改变，据此就能得出检测结果。 QT器件在突发模式采样之后即进行数字信号处理，这种方法能提供比竞争方案更高的动

4电容式传感器习题

第4章 电容式传感器 4.1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？ 答:电容式传感器可分为三类，具体如下： （1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 （2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 （3）变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 4.2为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？如何解决？ 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。 4.3试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。（极板的有效面积为A ，真空介电常数为0ε ） (a ) (b ) (c ) 解（1）图(a )等效为三个平板电容器串联 0111 A C d εε= ，022 2 A C d εε= ，0333 A C d εε= 总电容量为 31232133121212301020301231111 d d d d d d C C C C A A A A εεεεεεεεεεεεεεεε++=++=++=串

故 01233 1 2123 213312010203 A A C d d d d d d εεεεεεεεεεεεεεεε= =++++串 （2）图(b )等效为两个平板电容器并联 012A C C C d εε=== 0122A C C C d εε=+= 并 （3）图(c )等效为两柱形电容器并联，总电容量为 ()H d d d d L d d H L d d H C )/ln()(2)/ln(2)/ln()(2/ln 212012012012εεππεπεπε-+=-+= 4.4在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。已知：δ0=0.25mm ；D =38.2mm ；R = 5.1kΩ；U sr =60V(交流)，频率f =400Hz 。试求： (1)该电容传感器的电压灵敏度K u (V /μm )； (2)当电容传感器的动极板位移△δ=10μm 时，输出电压U sc 值。 解：（1）根据图中所示的桥路连接方法，可得 2 21 121212 1 111 222 sr sc sr sr R U j C C C U U U C C j C C R R R j C j C ωωωω+ -=-=?+++ ++&&&& 初始电容 () 2 1232 12001203 00 8.851038.21040.61040.6440.2510 r A D C C C F pF πεεεπδδ----????=== ===?=??

4电容式传感器习题

d 3 d 1 2 3 d 2 1 3 d 3 1 2 0 3 A 0 1 2 3 A 1 C 1 1 C 2 1 C 3 d 1 0 1 A d 2 0 2 A 第4章电容式传感器 4.1电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？ 答:电容式传感器可分为三类，具体如下： （1） 变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 （2） 变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 （3） 变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测 量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 4.2为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？如何解决？ 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高 阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性 的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性， 甚至会淹没没有用信号而不能使用。 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。 4.3试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。（极板的有效面积为A ，真 空介电常数为0 ） 解（1）图（a ）等效为三个平板电容器串联 总电容量为 珂1 再 ￡ J 1 (a) (b) C 1 0 1A d 1 ，C 2 0 2A d 2 C 3 0 3A d 3 .f ? 7

2 8.85 10 12 38.2 10 3 2 40.6 10 12 F 40.6 pF C 1 C 2 C 0 4 0 D 2 4 0.2 5 10 3 (2)图(b)等效为两个平板电容器并联 (3)图(c)等效为两柱形电容器并联，总电容量为 C 2 H 2 0(L H) 2 0L 2( °) 口 In d 2 / d 1 In (d 2 /d 1) In (d 2 /d 1) In (d 2/dj 4.4在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。已知: 50=O.25mm ; D=38.2mm ; R=5.1k Q; U sr =60V(交流 )，频率 f=400Hz 。试求 (1)该电容传感器的电压灵敏度 K u (V/ pm); (2)当电容传感器的动极板位移△ 8=10pm 时，输出电压U sc 值。 □固定电极 □活动屯极 □固建电核 解：(1)根据图中所示的桥路连接方法，可得 初始电容 d 1 2 3 d 2 1 3 d 3 1 2 A d 1 d 2 d 3 0 1 0 2 0 3 C 1 C 2 C 并 C 1 C 2 U&Sc 3 sr R 亠 j C 2 丄R j C 1 —U&sr C 2 C 1 C 1 C 2 2 j C 1C 2 R U& sr 2 j C 2 =0,001 pF C=0.(KH

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。

4电容式传感器习题

第4章电容式传感器 电容式传感器可分为哪几类各自的主要用途是什么答:电容式传感器可分为三类，具体如下: (1)变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 (2)变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 (3)变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要如何解决答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。 总电容量为 1 C i C 2 C3 0 1A d2 d3 0 2A 0 3A *23 d2 1 3 d3 1 2 0 1 2 3A 试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。(极板的有效面积为A,真空介电常数为0) h 1T{ i 1丄1 (a) 解(1)图(a)等效为三个平板电容器串联 (b) (C) C i 0 1A d1 0 2A 2 C3 0 3A d3 1 1 d i

10 12 C 0 1 2 3 A C 串 ------------------- d 1 2 3 d 2 1 3 d 3 1 2 C 1 C 2 在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。 D=; R=Q; U sr =60V 佼流)，频率 f=400HN 试求: (1)该电容传感器的电压灵敏度 Ku (V/ ^m); (2)当电容传感器的动极板位移△ 6=10 um 时，输出电压U sc 值。 解：(1)根据图中所示的桥路连接方法，可得 初始电容 (2) 图(b)等效为两个平板电容器并联 d 1 d 3 (3) C 并 C i C 2 图(c)等效为两柱形电容器并联，总电容量为 C 2 H 2 (L H) 2 L In d 2/d 1 In(d 2/d 1) In(d 2/d 1) —H In (d 2/d 1) 已知：60=； U&c R 亠 j C 2 丄R j C 1 j C 2 C 2 C 1 C 1 C 2 2 j C 1C 2R U sr 2 =O.OOJ R F u

电容传感器的应用

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

电容式传感器(传感器的理论设计及应用)

54—6 电容式传感器的应用 由于电子技术的发展，成功的解决了电容式传感器存在的技术问题，为电容式传感器的应用开辟了广阔前景。它不但广泛地用于精确测量位移、厚度、角度、振动等机械量，还用于测量力、压力、差压、流星、成分、被位等参数。 下面就其主要应用作简单介绍。 一、电容式差压变送器 电容式差压变送器是70年代的新产品，它具有结构简单、小型轻量、精度高(可达o．25％)、互换性强等优点。目前已广泛应用于工业生产中。该变送器具有如下特点： (1)变送器感压腔室内充灌了温度系数小、稳定性高的硅泊作为密封液； (2)为了使变送器获得良好的线性度，感压膜片采用张紧式结构； (3)变送器输出为标准电流信号， (4)动态响应时间一般为o．2—15s。 图4—29为电容式差压变送器的结构图。 图4—29(6)为二空结构的电容式楚压变送器，图中I、2为测量膜片(或隔离膜六J，它 们与被测介质直接接触，3为感压膜片，此膜片在圆周方向张紧，1与3膜片间为·—室，2 与3膜片间为另一室，故称为二室结构。其中感压膜片为可动电极，并与固定电极4、5构 成差动式球—平面型电容传感器(”I和c”。固定球面电极是在绝缘体6上加工而成。绝缘 体一般采用玻璃或陶瓷，在它的表面上蒸镀一层金属膜(如铝)作为电权。感压的挠曲变形，引起差动电容cL和c”变化，经测量电路将电容变化量转换成标准电流信号。 因4—29(6)为一室结构的电容式差压交道器。图中1、2为测量膜片，它们与被测介质

接触。3为可动乎板电极，中心轴4把1、2、3连为一体，片簧5把可动电极在圆周方向张 紧。在绝缘体6上蒸镀金属层而构成固定电极7、8，并与可动电极构成平行扳式差动电 容。在可动电极与测量膜片间充满硅油作为密封刘，并有通道经节梳孔9将两电容连通， 所以称为一室结构。当两边被测压力不等时(严”＞PL)，测量膜通过中心轴推动可动电极 移动，因而使差动电容cj和cX发生变化。 以下着重分析二室结构电容式差压变送器。这种球—平面型电容量的变化可用单元积 分法及等效电容法求得，如图4—30所示。 图中，c。为电容初始电容；cJ为感压膜片受压后挠曲变形位置与感压膜片初始位置 因此在求得Co和C4后便可由式(4—94)、式(十95)求得传感器的差动电容〔：c和C，。 在图4—31中，由球面形固定电极墨和平膜片电极A形成一个球—平面型电容器。在

习题参考答案4-变电容式传感器

习题4 四、变电容式传感器 （二）习 题 4-1. 同心圆筒电容传感器如图所示其可动极筒外径为9.8mm ，定极筒内径为10mm ，遮盖长度为1mm 时，试求电容值C 。当供电电源频率为60KHz 时，求它的容抗值。 答：()() F r R l C r 123 1201075.28.910ln 10111085.82ln 2---?=?????==πεπε 4-2. 一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm ，工作初始间隙为0.3mm ，空气介质，所采用的测量电路的灵敏度为100mV/pF ，读数仪表灵敏度为5格/mV 。如果工作时传感器的间隙产生2μm 的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？ 答：pF d d d A C r 0155.010210 09.010*******.866612000=???????=??=?----πεε 0.0155pF ×100mV/pF=1.55mV N=1.55×5=7.75格 4-3. 当差动式变极距型电容传感器动极板相对于定极板移动了?d ＝0.75mm 时，若初始电容量C1＝C2＝80pF ，初始距离d ＝4mm ，计算其非线性误差。若改为单平板电容，初始值不变，其非线性误差为多大？ 答：对于差动式变极距型电容传感器，使用时两电容并联。总输出为 ??? ?????+???? ???+???? ???+?=???? ???...12402000d d d d d d C C 差 忽略非线性项后，其输出的线性表达式为002d d C C ?='???? ???差 忽略高阶非线性项后，其输出的非线性表达式为??? ? ???????? ???+?="???? ???200012d d d d C C 差 所以非线性误差为