第05章电容式传感器

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1、胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院第五章第五章 电容式传感器电容式传感器 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理 电容式传感器的结构类型（极距、面积、介质）电容式传感器的结构类型（极距、面积、介质） 电容式传感器的性能特点电容式传感器的性能特点 电容式传感器的等效和测量电路电容式传感器的等效和测量电路 电容式传感器的应用电容式传感器的应用 容栅式传感器容栅式传感器本章内容：本章内容：测量技术基础测量技术基础胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院变换原理：将被测非电量的变化转化为

2、电容量变化变换原理：将被测非电量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电容器两平行极板组成的电容器, ,它的电容量为它的电容量为: :AArC0+ A 、A或或发生变化时，都会发生变化时，都会引起电容的变化。引起电容的变化。变极距型变极距型变面积型变面积型变介质型变介质型传感器类型传感器类型5.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院一、间隙变化型一、间隙变化型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电

3、工程学院 CCC0011/ CC 02311/CC0(/) 0.9mmm01051101.一、间隙变化型一、间隙变化型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院CC2102412ccc 优点：优点：1、减小非线性误差、减小非线性误差2、提高传感器灵敏度、提高传感器灵敏度3、减小寄生电容的影响、减小寄生电容的影响4、减小温度、湿度等环境、减小温度、湿度等环境因素的影响因素的影响实际应用常采用差动式结构。实际应用常采用差动式结构。C2C1d1d200一、间隙变化型一、间隙变化型5.2 电容式传感器

4、的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院一、间隙变化型一、间隙变化型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院驻极体电容传声器驻极体电容传声器它采用聚四氟乙烯材料作为振动膜片。这种材料它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。特点是电容传声器极板，故名为驻极体电容传声器。特点是体积

5、小、性能优越、使用方便。体积小、性能优越、使用方便。 一、间隙变化型一、间隙变化型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院指纹识别指纹识别 指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为第二代指纹识别系统。它的优点是体积小、成本低，第二代指纹识别系统。它的优点是体积小、成本低，成像精度高，而且耗电量很成像精度高，而且耗电量很小，因此非常适合在消费小，因此非常适合在消费类电子产品中使用。类电子产品中使用。 右图为指纹经过处理后的右图为指纹经过处理后的成

6、像图：成像图：一、间隙变化型一、间隙变化型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院 指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手指放导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，金属导体阵列在上面时，金属导体阵列/ /绝缘物绝缘物/ /皮肤就构成了相应的小皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之

7、间的距离不同而变化。与金属导体之间的距离不同而变化。指纹识别指纹识别一、间隙变化型一、间隙变化型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院二、变面积型二、变面积型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院(a) 极板上覆盖有介质极板上覆盖有介质(b) 介质可移动介质可移动三、变介质型三、变介质型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院

8、物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院产品产品. .电容式液位传感器（液位计电容式液位传感器（液位计/ /料位计）料位计）三、变介质型三、变介质型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院电容式接近开关电容式接近开关三、变介质型三、变介质型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院电容式接近开关电容式接近开关振荡电路振荡电路被测物体被测物体 感应电极感应电极被测电容被测电容三、变介质型三

9、、变介质型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院 测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化随之发生变化. .接近开关的检测物体，并不限于金属接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。三、变介质

10、型三、变介质型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院三、变介质型三、变介质型5.2 电容式传感器的结构类型电容式传感器的结构类型胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院 1. 1. 温度稳定性好；温度稳定性好； 2. 2. 结构简单、适应性强；结构简单、适应性强； 3. 3. 动态响应好；动态响应好； 4. 4. 可以实现非接触测量、具有平均效应。可以实现非接触测量、具有平均效应。缺点：缺点：1 1、输出阻抗高、负载能力差；、输出阻抗高、

11、负载能力差；2 2、寄生电容影响大；、寄生电容影响大； 3 3、输出特性非线性。、输出特性非线性。优点优点: :5.3 电容式传感器的性能特点电容式传感器的性能特点胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院消除寄生电容方法消除寄生电容方法1、减小连线电缆长度、减小连线电缆长度;2、采用等电位驱动技术。、采用等电位驱动技术。5.3 电容式传感器的性能特点电容式传感器的性能特点胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制龙岩学院物理与机电工程学院龙岩学院物理与机电工程学院(1) 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路L 包括引线电缆电感和电容式传感器