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电容传感器的应用

电容传感器的应用
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

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

1.丁英丽。本溪冶金高等专科学校自控系传感器技术 2003年第22卷第4期

2.王斌黄晓东秦明黄庆安。东南大学MEMS教育部重点实验室、一种用于测量饮料包装中液位的电容式传感器、传感技术学报、第22 卷第1 期2009 年1 月

3.张白莉。电容式传感器的应用和发展 (忻州师范学院)

4.赵静颜德田。上海交通大学精密工程及智能微系统研究所,上海200030 利用电容式传感器测量液位的研究

5.张勃屈保中. 1漯河职业技术学院计算机系,河南漯河2 河南工业职业技术学院河南南阳. 传感器技术电容式湿度传感器设计

6. 王阳1 陈军宁2。 1安徽大学电子科学与技术学院, 2.浙江万里学院电子信息学院。传感技术学报集成电容式传感器的理论模型研究第21 卷第12 期2008 年12 月

7.中国工控展览网。传感器的发展前景

8.郭银景康景利杨阳唐富微变电容式传感器的设计与应用

9.与非网。电容式传感器—太阳能热水器测控技术发展的必然趋势

10.张祖魁。电容式传感器在自动化生产设备上的应用

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.doczj.com/doc/a714770414.html,。

压力传感器原理及应用-称重技术

压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电 信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 压力传感器的种类繁多,如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感 器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器,光纤压力传感器等。 一、压阻式压力传感器 固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器,就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻,当硅膜片 受压时,膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。 压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 1、压阻式压力传感器基本介绍 压阻式传感器有两种类型:一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片,称为半导体应变片,因此 应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器,另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩 散电阻,以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。 半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同,也是由弹性敏感元件等三部分组成,所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。半导体应变片与金属应变片相比,最 突出的优点是它的体积小而灵敏高。它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍,输出信号有时不必放大 即可直接进行测量记录。此外,半导体应变片横向效应非常小,蠕变和滞后也小,频率响应范围亦很宽, 从静态应变至高频动态应变都能测量。由于半导体集成化制造工艺的发展,用此技术与半导体应变片相结 合,可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器,使测量系统大为简化。但是半导体应变片也存 在着很大的缺点,它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级,灵敏系数随温度变化较大它的应变 —电阻特性曲线性较大,它的电阻值和灵敏系数分散性较大,不利于选配组合电桥等等。 扩散型压阻式传感器扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料,取向不同时特性不一样。因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻膜片。 利用半导体压阻效应,可设计成多种类型传感器,其中压力传感器和加速度传感器为压阻式传感器的基本 型式。 硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片(硅杯)和引线等组成。硅膜片是核心部分,其外形状象杯故名硅杯,在硅膜上,用半导体工艺中的扩散掺杂法做成四个相等的电阻,经蒸镀金属电极及连线,接成惠斯登电桥 再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相连接的高压腔,另一侧是低压腔,通常和大气相连,也有做成真空的。当膜片两边存在压力差时,膜片发生变形,产生应力应变,从而使扩散电阻的电阻值发 生变化,电桥失去平衡,输出相对应的电压,其大小就反映了膜片所受压力差值。

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 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

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。

浅谈传感器敏感材料发展动态

浅谈传感器敏感材料发展动态 1 微型化(Micro)为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致,对于传感器性能指标(包括精确性、可靠性、灵敏性等)的要求越来越严格;与此同时,传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程,因此还要求传感器必须配有标准的输出模式;而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求,所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代;后者主要由硅材料构成,具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。 1.1 由计算机辅助设计(CAD)技术和微机电系统(MEMS)技术引发的传感器微型化目前,几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(CAD)的模拟式工程化设计转变,从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统,这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。对于微机电系统(MEMS)的研究工作始于20世纪60年代,其研究范畴涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多种学科,是一个极具前景的新兴研究领域。MEMS的核心技术是研究微电子与微机械加工与封装技术的巧妙结合,期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展,尤其最近十多年的研究与发展,MEMS技术已经显示出了巨大的生命力,此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。在当前技术水平下,微切削加工技术已经可以生产出来具有不同层次的3D微型结构,从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件,象毒气传感器、离子传感器、光电探测器这样的以硅为主要构成材料的传感/探测器都装有极好的敏感元件[1],[2]。目前,这一类元器件已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的研究领域中。 1. 2 微型传感器应用现状就当前技术发展现状来看,微型传感器已经对大量不同应用领域,如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响;目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量,如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等 2 智能化(Smart)智能化传感器(Smart Sensor)是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视,尤其在探测器应用领域,如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎,产生的影响较大。 2.1 智能化传感器的特点智能化传感器是指那些装有微处理器的,不但能够执行信息处理和信息存储,而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体一样,其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。如智能化压力传感器,主传感器为压力传感器,用来探测压力参数,辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器。采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差,而环境压力传感器测量工作环境的压力变化并对测定结果进行校正;而硬件系统除了能够对传感器的弱输出信号进行放大、处理和存储外,还执行与计算机之间的通信联络。通常情况下,一个通用的检测仪器只能用来探测一种物理量,其信号调节是由那些与主探测部件相连接着的模拟电路来完成的;但智能化传感器却能够实现所有的功能,而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好。与传统的传感器相比,智能化传感器具有以下优点:1.智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节,能够对所测的数值及其误差进行补偿,而且还能够进行逻辑思考和结论判断,能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理,借助于软件滤波器滤波数字信号。此外,还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿,以改进测量精度。2.智能化传感器具有自诊断和自校准功能,可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时,它将发出告警信号,并根据其分析器的输入

压力传感器的分类及应用原理

压力传感器的分类及应用原理 教程来源:网络作者:未知点击:28 更新时间:2009-2-16 10:11:30 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业,下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。 金属电阻应变片的内部结构 如图1所示,是电阻应变片的结构示意图,它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意:阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示: 式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω·cm2/m) S——导体的截面积(cm2) L——导体的长度(m) 我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情2、陶瓷压力传感器原理及应用 抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。 陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃,而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV,输出信号强,长期稳定性好。高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一

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:

压力传感器分析

压力传感器 压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器,并广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面主要介绍这类传感器。 本次选用上海葩星信息科技有限公司的PXF1030型压阻式压力传感器。 压阻式压力传感器原理 压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。压阻式传感器常用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测量和控制。 压阻效应 当力作用于硅晶体时,晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化,扰动了载流子纵向和横向的平均量,从而使硅的电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同而异,因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计,前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化,后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化(应变),而且前者的灵敏度比后者大50~100倍。 电阻式压力传感器与压阻式压力传感器的对比 电阻式压力传感器传动 电阻式传感器是将输入的机械量应变ε转换为电阻值变化的变换元件。电阻变换器的输入量为应变ε-ΔL/L,即材料的长度相对变化量,它是一个无量纲的相对值。通常ε-10-6为一个微应变。电阻变换器的输出量为电阻值的相对变化量ΔR/R0电阻变换器有金属电阻变换器和半导体电阻变换器两种类型。根据半导体材料的压阻效应Δρ/ρ-πσ且σ-Eε其中σ是应力(F/S);π是压阻系数,E是弹性模量,所以电阻的相对变化为(ΔR/R)≈πEε。要测量其他物理量,如压力、力等,就需要先将应变片贴在相应的弹性元件上,这些物理量被转换为弹性元件的应变,再经应变片将应变转换为电阻输出量。

MEMS压力传感器原理与应用.

MEMS压力传感器原理与应用 摘要:简述MEMS压力传感器的结构与工作原理,以及应用技术,MEMS压力传感器Die的设计、生产成本分析,从系统应用到销售链。 关键词:MEMS压力传感器 惠斯顿电桥 硅薄膜应力杯 硅压阻式压力传感器硅电容式压力传感器 MEMS(微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。 MEMS压力传感器可以用类似集成电路(IC)设计技术和制造工艺,进行高精度、低成本的大批量生产,从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门,使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形,由机械量弹性变形到电量转换输出,因此它不可能如MEMS压力传感器那样做得像IC那么微小,成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器,MEMS压力传感器的尺寸更小,最大的不超过1cm,使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 MEMS压力传感器原理 目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器,两者 都是在硅片上生成的微机械电子传感器。 硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的,具有较高的测量精度、较低的功耗,极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器,如无压力变化,其输出为零,几乎不耗电。其电原理如图1所示。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。 MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁,采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处,组成惠斯顿测量电桥,作为力电变换测量电路,将压力这个物理量直接变换成电量,其测量精度能达0.01%~0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图3所示,上下二层是玻璃体,中间是硅片,硅片中部做成一应力杯,其应力硅薄膜上部有一真空

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)

浅谈机器视觉传感器

浅谈机器视觉传感器 机器视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源,它的选择取决于准确性、输出、灵敏度、机器视觉系统的成本以及对应用要求的充分理解。对传感器主要性能的基本理解能够帮助开发人员迅速缩小他们的查找范围,找到合适的传感器。 大多数的机器视觉系统的用户认识到相机是系统的关键要素,经常把它当作视觉系统的“芯片”。相机本身是一个复杂的系统:包括镜头、信号处理器、通讯接口,以及最核心的部分——把光子转换成电子的器件:图像传感器。镜头和其它的部件共同配合来支持相机的功能,传感器最终决定相机的最高性能。 业内的许多讨论都集中在加工技术上,以及CMOS和CCD传感器孰优孰劣。这两种技术都有其优势和不足之处,所加工的传感器有着不同的性能。最终用户关心的不是传感器是“如何”被制造出来的,而是其在最终应用中的表现。 在指定的应用中,三个关键的要素决定了传感器的选择:动态范围、速度和响应度。动态范围决定系统能够抓取的图像的质量,也被称作对细节的体现能力。传感器的速度指的是每秒种传感器能够产生多少张图像和系统能够接收到的图像的输出量。响应度指的是传感器将光子转换为电子的效率,它决定系统需要抓取有用的图像的亮度水平。传感器的技术和设计共同决定上述特征,因此系统开发人员在选择传感器时必须有自己的衡量标准,详细的研究这些特征将有助于做出正确的判断。 正确理解动态范围 传感器的动态范围是最容易使人疑惑和误解的地方,这是因为机器视觉系统是数字的。图像的动态范围包括两部分:一是传感器能够工作的曝光范围(亮度的倍数);其次是传感器能够数字化像素信号的电平的数量,用位数表示。这两部分通常是紧密相关的。 曝光的动态范围表示传感器能够正常工作的亮度水平。当光子撞击图像传感器的活动像素区域时产生电子,传感器将其捕获并存储起来以备系统读取。撞击活动区域的光子数越多,产生的电子数就越多,在读取的间隔中,该过程持续的时间越长,被存储的电子就越多。决定传感器曝光动态范围的参数之一就是填充存储阱的曝光。制造传感器的半导体加工工艺和电路设计共同决定阱的容量或深度。 电子噪音是传感器能够工作的最低曝光水平,尽管没有任何光子撞击活动的像素区域,图像传感器也将以热量发射的形式产生电子。要产生可识别的信号,必须有足够的光子撞击活动的像素区域,以便在存储阱中有比暗电流噪音所产生的电子数更多的电子。传感器的最低曝光率是产生至少与噪音电子同样多的光电子数。只有在超过噪音等量的曝光水平时,传感器才能产生有用的信息。 传感器的曝光动态范围是由其物理和电路设计所决定的功能,而数字动态范围只是由电路设计所决定的功能。图像传感器的数字动态范围只是说明它能够提供给视觉系统的明显

电容式压力传感器的检测电路及仿真

电容式压力传感器的检测电路及仿真 摘要 本文详细的描述了电容式压力传感器的结构,工作原理,特性,发展现状和趋势等。并且在此基础上提出了电容式压力传感器的检测电路及其仿真方法,详细的分析了压力大小与电路输出电压之间的关系。 关键词:传感器,工作原理,特性,检测电路,发展 I

目录 摘要....................................................................................................I 1 绪论 (3) 2 压力传感器的结构 (3) 3 压力传感器的工作原理 (3) 4 电容式压力传感器 (5) 4.1 电容式传感器的原理及其分类 (5) 4.1.1 电容式传感器的原理 (5) 4.1.2 电容式传感器的分类 (6) 4.2 电容式压力传感器的工作原理 (7) 4.3 电容式压力传感器的特性 (7) 4.4 电容式压力传感器的等效电路 (8) 5 电容式压力传感器的检测电路 (9) 5.1 检测电路 (9) 5.2 结果分析 (11) 5.3 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 (12) 5.3.1 边缘效应的影响 (12) 5.3.2 寄生电容的影响 (12) 5.3.3 温度影响 (12) 6 电容式压力传感器的应用 (13) 7 电容式压力传感器的发展 (13) 8 结论 (14) 致谢 (16) 参考文献 (17) I I

1绪论 科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类,现在,压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器,但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点,其应用场合受到了很大的限制。压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的传感器,它具有制造方便,成本低廉等特点,因此在非电物理量的测试、控制中得到了广泛的应用。尤其是在航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动测量与计量、称量等技术领域。电容式压力传感器是应用最广泛的一种压力传感器。 2压力传感器的结构 压力传感器的结构如图1 所示。固定电极的半径为r0 ,厚度为h 的膜片组成可动电极,固定电极与可动电极间距离为d ,用绝缘体将可动电极固定。 图 1压力传感器结构图 3压力传感器的工作原理 在流体压力p 的作用下,膜片弯曲变形,则在r 处的挠度为 式中:μ为弹性元件材料的泊松比,E 为杨氏模量。在r = 0 处,挠度最大,为 3

浅谈应变式传感器市场

浅谈应变式传感器市场 2012年全球应变式传感器市场规模为65.4亿元人民币,较2011年下滑5.1%,主要原因在于全球制造业需求下滑,及欧债危机导致的欧盟等经济体增长乏力等。随着经济的逐渐恢复,下游行业积压的需求浮现,全球应变式传感器增长率将重新回到正轨。 受到2012年市场低迷的影响,2013年整体应变式传感器市场并未出现大幅增长,基本与2012年持平。在市场不甚景气的环境下,国产传感器凭借其价格优势将继续保持增长,其中宁波柯力、中航电测等规模较大厂商的市场地位将进一步得到巩固。 根据研发实力、技术水平以及生产规模,全球应变式传感器的生产厂家大致可以划分为三个梯队: 第一梯队以跨国公司为主,如Vishay测量集团、HBM公司、梅特勒-托利多集团和瑞典Flintec公司。其中Vishay测量集团和HBM公司专注提供一站式解决方案;梅特勒-托利多集团擅长开辟新领域的称重解决方案;瑞典Flintec公司以产品齐全、技术领先见长。 第二梯队以中航电测、宁波柯力等为代表的地区龙头企业为主,在细分市场、产品价格及下游应用等方面各有所长。

第三梯队是中国、韩国等国家的中低端产品生产厂家,如蚌埠传感器生产群体,其产品主要在国内销售,竞争力主要体现在相对低廉的劳动力成本上,技术水平相对较低,尚不能参与全球市场竞争。 值得注意的是,在竞争激烈的国际传感器市场中,宁波柯力传感器科技股份有限公司异军突起,成为唯一一家无论是销售额还是销售量都占据前五名的国内厂商。而在国内厂商的比拼中,宁波柯力更是遥遥领先于排名第二的中航电测。稳定的市场表现,帮助宁波柯力在国内应变式传感器厂商中长期处于领头羊位置。 应变式传感器的分类十分多样,按材质主要可分为钢制传感器和铝制传感器两大类,按输出信号不同可分为数字传感器和模拟传感器两大类,按外形分更是可分为桥式、悬梁臂式等等。

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8.85xlo 4——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

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=

电容式压力传感器的型号特点

电容式压力传感器也是传感器的一种,近年来电容式压力传感器应用的领域十分的广泛,接下来让艾驰小编为大家具体的介绍一下电容式压力传感器吧。 近几年来国内很多厂家试图引进国外的传感器技术和设备甚至国外的人才来生产电容式压力传感器,并且取得了不错的效果,一些国内压力传感器厂家生产的电容式压力传感器已经能够满足大多情况下的需要。 电容式压力传感器常见的是3051和1151两种型号,1151压力传感器在前几年应用比较多。但今几年一般都使用3051压力传感器,因为3051压力传感器体积比1151压力传感器,而且比较美观。所以一般客户都选择3051压力传感器,除非是以前用的是1151压力传感器一般现在不选择1151压力传感器了。不管是3051压力传感器还是1151压力传感器一般都有平法兰和插入筒两种形式。这两种形式又有什么区别呢。 大家都知道罐体附近的温度比较罐体内部液位温度要低,所以需要测量罐体内部液位温度的时候我们就需要选择插入筒的压力传感器。 电容式压力传感器还有很多分类,如果客户需要使用电容式压力传感器可以咨询厂家,近几年来电容式压力传感器价格有所下降,大家在选择电容式压力传感器厂家的时候不要只看价格要看公司的规模,以便选择自己满意的传感器。 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。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型,报价,采购,参数,图片,批发信息,请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/a714770414.html,/

电容式传感器的应用与发展.docx

电容式传感器的应用与发展 前言 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。 d A c ε =

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: 电容增量: 测量灵敏度: 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. 电容式传感器的应用行业 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。主流的触摸屏分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、声表面波式触摸屏、红外线式触摸屏等。其中,红外线式和电容式触摸屏能够支持多点触控,前者由于尺寸限制和线性度不高,尚不能满足消费类产品的要求,而电容式触摸屏因其相对可接受的成本以及良好的线性度和可操作性,是目前主流的多点触控技术。在实际生活中我们接触最多的还是电阻式触摸屏,它已经被广泛的应用在手机和随身数码产品当中。但电容式触摸屏将成为发展趋势,替代电阻式触摸屏。电容式触摸屏主要有两种类型:表面式电容触摸屏和投射式电容触摸屏。 2.随着科学技术的发展, 新技术、新材料的的应用, 电容式测微仪器应用不断扩大, 尤其是在动态和在线检测方面具有极广阔的应用前景。主要是电容式变x ?x ?

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