电容式传感器的应用.ppt

复习总结复习总结复习总结复习总结与电阻式、电感式传感器相比的与电阻式、电感式传感器相比的与电阻式、电感式传感器相比的与电阻式、电感式传感器相比的优点优点优点优点：第第第第3 3 3 3章章章章 电容式传感器电容式传感器电容式传感器电容式传感器1.1.测量范围大：测量范围大：相对变化量可达相对变化量可达100%100%。2.2.灵敏度高：灵敏度高：可达可达1010-7-7。3.3.动态响应时间短：动态响应时间短：可动部件质量小，固有频可动部件质量小，固有频率高，适合于动态信号的测量。率高，适合于动态信号的测量。4.4.机械损失小：机械损失小：电极间引力小，无摩擦，热效电极间引力小，无摩擦，热效应小，因此，精度高。应小，因此，精度高。5.5.结构简单，适应性强：结构简单，适应性强：金属做电极，无机材金属做电极，无机材料绝缘支撑，能承受大的温度变化和强辐射，料绝缘支撑，能承受大的温度变化和强辐射，适合于恶劣环境工作。适合于恶劣环境工作。复习总结复习总结复习总结复习总结与电阻式、电感式传感器相比的与电阻式、电感式传感器相比的与电阻式、电感式传感器相比的与电阻式、电感式传感器相比的不足之处不足之处不足之处不足之处：第第第第3 3 3 3章章章章 电容式传感器电容式传感器电容式传感器电容式传感器1.1.寄寄生生电电容容影影响响大大：导导线线电电容容、泄泄露露电电容容。降降低了灵敏度，非线性输出，甚至不稳定。低了灵敏度，非线性输出，甚至不稳定。2.2.当当用用变变间间隙隙原原理理进进行行测测量量时时，具具有有非非线线性性输输出特性。出特性。由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等方面由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等方面由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等方面由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等方面已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到较好地解已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到较好地解已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到较好地解已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到较好地解决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。应用：应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量之中。度和成分含量等测量之中。3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用第第第第3 3 3 3章章章章 电容式传感器电容式传感器电容式传感器电容式传感器 电子技术的发展，解决了电容式传感电子技术的发展，解决了电容式传感器存在的许多技术问题，使电容式传感器器存在的许多技术问题，使电容式传感器不但广泛应用于精确测量不但广泛应用于精确测量位移位移、厚度厚度、角角度度、振动振动等物理量，还应用于测量等物理量，还应用于测量力力、压压力力、差压差压、流量流量、成分成分、液位液位等参数，在等参数，在自动检测与控制系统中也常常用来作为位自动检测与控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。置信号发生器。1.1.1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用高压侧高压侧进气口进气口低压侧低压侧进气口进气口电子电子线路线路位置位置内部不锈钢膜片的位置内部不锈钢膜片的位置1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。1 1 1 1高压侧进气口高压侧进气口高压侧进气口高压侧进气口 2 2 2 2低压侧进气口低压侧进气口低压侧进气口低压侧进气口 3 3 3 3过滤片过滤片过滤片过滤片 4 4 4 4空腔空腔空腔空腔 5 5 5 5柔性不锈钢波柔性不锈钢波柔性不锈钢波柔性不锈钢波 纹隔离膜片纹隔离膜片纹隔离膜片纹隔离膜片(测量膜片测量膜片测量膜片测量膜片)6 6 6 6导压硅油导压硅油导压硅油导压硅油 7 7 7 7 凹形玻璃圆片凹形玻璃圆片凹形玻璃圆片凹形玻璃圆片 8 8 8 8镀金凹形电极镀金凹形电极镀金凹形电极镀金凹形电极 9 9 9 9弹性平膜片弹性平膜片弹性平膜片弹性平膜片(感压膜片感压膜片感压膜片感压膜片)10 10 10 10 腔腔腔腔1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。主要讨论球、平面型差动电容压力传感器。凸玻璃圆片凸玻璃圆片凸玻璃圆片凸玻璃圆片弹性膜片弹性膜片弹性膜片弹性膜片(动电极动电极动电极动电极)固定电极固定电极固定电极固定电极PLPH1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用当当当当P P P PHHH H=P P P PL L L L时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为时，中心膜片处于平直状态，膜片两侧电容均为C C C C0 0 0 0；当当当当P P P PHHH H P P P PL L L L时，中心膜片上凸，上部电容为时，中心膜片上凸，上部电容为时，中心膜片上凸，上部电容为时，中心膜片上凸，上部电容为C C C CL L L L，下部电容为，下部电容为，下部电容为，下部电容为C C C CH HH H。C C C CH H H H 相当于当前膜片位置与平直位置间的电容相当于当前膜片位置与平直位置间的电容相当于当前膜片位置与平直位置间的电容相当于当前膜片位置与平直位置间的电容C C C CA A A A和和和和C C C C0 0 0 0的串联；而的串联；而的串联；而的串联；而C C C C0 0 0 0又可看成是膜片上部电容又可看成是膜片上部电容又可看成是膜片上部电容又可看成是膜片上部电容C C C CL L L L与的与的与的与的C C C CA A A A串联。串联。串联。串联。dxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA等效电路等效电路等效电路等效电路1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用dxd0CACLCHC0PHPLCACLCHC0C0CA等效电路等效电路等效电路等效电路即：即：需要解决的问题是：需要解决的问题是：需要解决的问题是：需要解决的问题是：中心膜片处于平直状态时，中心膜片处于平直状态时，中心膜片处于平直状态时，中心膜片处于平直状态时，C C C C0 0 0 0=C C C C(d d d d0 0 0 0)=?)=?)=?)=?；当；当；当；当P P P PH HH H P P P PL L L L模片上凸模片上凸模片上凸模片上凸d d d db b b b时，时，时，时，C C C CA A A A=C C C C(d dx x)=?)=?)=?)=?。1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用Rbadbd0实线为球冠型固定电实线为球冠型固定电极极设膜片半径为设膜片半径为设膜片半径为设膜片半径为a a a a，球冠形固定，球冠形固定，球冠形固定，球冠形固定电极的半径为电极的半径为电极的半径为电极的半径为R R R R，固定电极的，固定电极的，固定电极的，固定电极的实际拱底半径为实际拱底半径为实际拱底半径为实际拱底半径为b b b b，拱底距膜，拱底距膜，拱底距膜，拱底距膜片的距离为片的距离为片的距离为片的距离为d d d db b b b，当，当，当，当d d d d0 0 0 0R R R R时：时：时：时：在在在在P P P PHHHH-P P P PL L L L作用下作用下作用下作用下,其中其中其中其中k k k k是一个与传感器结构有关的系数。是一个与传感器结构有关的系数。是一个与传感器结构有关的系数。是一个与传感器结构有关的系数。1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用利用利用利用利用脉宽调制电路脉宽调制电路脉宽调制电路脉宽调制电路，将中心膜片接地，其输出，将中心膜片接地，其输出，将中心膜片接地，其输出，将中心膜片接地，其输出U UU U0 0 0 0:输出输出U USCSC与差压与差压P PH H-P PL L成正比。成正比。而而所以所以1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用各种电容式各种电容式差压变送器外形差压变送器外形 1.1.电容式差压变送器电容式差压变送器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用2.2.电容式测微仪电容式测微仪 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用非接触式精确测量位移和振动幅度。在最大量程为非接触式精确测量位移和振动幅度。在最大量程为非接触式精确测量位移和振动幅度。在最大量程为非接触式精确测量位移和振动幅度。在最大量程为(100(100(100(1005)um5)um5)um5)um时，最小检测时，最小检测时，最小检测时，最小检测量可达量可达量可达量可达0.01um0.01um0.01um0.01um。a)a)测振幅测振幅b)b)测轴回转精度和轴心偏摆测轴回转精度和轴心偏摆被测物被测物被测物被测物振动振动振动振动电容式电容式电容式电容式传感器传感器传感器传感器被测轴被测轴被测轴被测轴电容式电容式电容式电容式传感器传感器传感器传感器假设采用运算法测量电路，假设采用运算法测量电路，假设采用运算法测量电路，假设采用运算法测量电路，则输出电压和位移成线性关系。则输出电压和位移成线性关系。则输出电压和位移成线性关系。则输出电压和位移成线性关系。3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式液位计利用液位高低变化影响电容电容式液位计利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量。依此原理器电容量大小的原理进行测量。依此原理还可进行其它形式的物位测量。对还可进行其它形式的物位测量。对导电介导电介质质和和非导电介质非导电介质都能测量，此外还能测量都能测量，此外还能测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不有倾斜晃动及高速运动的容器的液位。不仅可作液位控制器，还能用于连续测量。仅可作液位控制器，还能用于连续测量。变介质型电容传感器变介质型电容传感器变介质型电容传感器变介质型电容传感器3.1 3.1 3.1 3.1 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理右图相当于两个电容器的并联，右图相当于两个电容器的并联，右图相当于两个电容器的并联，右图相当于两个电容器的并联，1 1 1 1、2 2 2 2为筒状极板。上面的电容器以为筒状极板。上面的电容器以为筒状极板。上面的电容器以为筒状极板。上面的电容器以2 2为为为为介质，下面的电容器以介质，下面的电容器以介质，下面的电容器以介质，下面的电容器以1 1为介质。为介质。为介质。为介质。电容液位计原理图电容液位计原理图电容液位计原理图电容液位计原理图变介质型电容传感器变介质型电容传感器变介质型电容传感器变介质型电容传感器3.1 3.1 3.1 3.1 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理其中其中其中其中,A,A,A,A 为常数，为常数，为常数，为常数，K K K K为灵敏度系数为灵敏度系数为灵敏度系数为灵敏度系数电容电容C C与液位与液位h h1 1之间呈线性关系之间呈线性关系.3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用 (1)(1)(1)(1)安装形式安装形式安装形式安装形式 电电电电容容容容式式式式液液液液位位位位计计计计的的的的安安安安装装装装形形形形式式式式因因因因被被被被测介质性质不同而有差别测介质性质不同而有差别测介质性质不同而有差别测介质性质不同而有差别.右右右右图图图图为为为为用用用用来来来来测测测测量量量量导导导导电电电电介介介介质质质质的的的的单单单单电电电电极极极极电电电电容容容容液液液液位位位位计计计计，它它它它只只只只用用用用一一一一根根根根电电电电极极极极作作作作为为为为电电电电容容容容器器器器的的的的内内内内电电电电极极极极，一一一一般般般般用用用用紫紫紫紫铜铜铜铜或或或或不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢，外外外外套套套套聚聚聚聚四四四四氟氟氟氟乙乙乙乙烯烯烯烯塑塑塑塑料料料料管管管管或或或或涂涂涂涂搪搪搪搪瓷瓷瓷瓷作作作作为为为为绝绝绝绝缘缘缘缘层层层层，而而而而导导导导电电电电液液液液体体体体和和和和容容容容器器器器壁壁壁壁构构构构成成成成电电电电容容容容器器器器的的的的外电极。外电极。外电极。外电极。1-1-1-1-内电极；内电极；内电极；内电极；2-2-2-2-绝缘套绝缘套绝缘套绝缘套3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式水位探头电容式水位探头电容式水位探头电容式水位探头图中电容随水位高度图中电容随水位高度图中电容随水位高度图中电容随水位高度h h h hx x x x变变变变化的关系为：化的关系为：化的关系为：化的关系为：式中式中式中式中 D D探头内径；探头内径；探头内径；探头内径；d d测定电极的直径；测定电极的直径；测定电极的直径；测定电极的直径；h hx x水位高度；水位高度；水位高度；水位高度；0 0空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；绝缘层的介电常数；绝缘层的介电常数；绝缘层的介电常数；绝缘层的介电常数；可以看出，可以看出，D D与与d d相差越小，相差越小，传感器的灵敏度越高。传感器的灵敏度越高。Dd0 0hx测定电极测定电极测定电极测定电极绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层水水水水3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用右图为用于测量右图为用于测量右图为用于测量右图为用于测量非导电介质非导电介质非导电介质非导电介质的的的的同轴双层电极电容式液位计。同轴双层电极电容式液位计。同轴双层电极电容式液位计。同轴双层电极电容式液位计。内电极内电极内电极内电极和和和和与之绝缘的同轴金属与之绝缘的同轴金属与之绝缘的同轴金属与之绝缘的同轴金属套套套套组成电容的两极，外电极上组成电容的两极，外电极上组成电容的两极，外电极上组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极开有很多流通孔使液体流入极开有很多流通孔使液体流入极开有很多流通孔使液体流入极板间。板间。板间。板间。1 1、2-2-内、外电极；内、外电极；内、外电极；内、外电极；3-3-绝缘套；绝缘套；绝缘套；绝缘套；4-4-流通孔流通孔流通孔流通孔安装形式安装形式3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用以上介绍的两种是最一般的安装方法，在有些特殊场合以上介绍的两种是最一般的安装方法，在有些特殊场合以上介绍的两种是最一般的安装方法，在有些特殊场合以上介绍的两种是最一般的安装方法，在有些特殊场合还有其它特殊安装形式，如还有其它特殊安装形式，如还有其它特殊安装形式，如还有其它特殊安装形式，如大直径容器或介电系数较小大直径容器或介电系数较小大直径容器或介电系数较小大直径容器或介电系数较小的介质，为增大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将的介质，为增大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将的介质，为增大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将的介质，为增大测量灵敏度，通常也只用一根电极，将其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极其靠近容器壁安装，使它与容器壁构成电容器的两极；在测大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两在测大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两在测大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两在测大型容器或非导电容器内装非导电介质时，可用两根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容；根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容；根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容；根不同轴的圆筒电极平行安装构成电容；在测在测在测在测极低温度极低温度极低温度极低温度下的液态气体时，一个电容灵敏度太低。下的液态气体时，一个电容灵敏度太低。下的液态气体时，一个电容灵敏度太低。下的液态气体时，一个电容灵敏度太低。可取可取可取可取同轴多层电极结构同轴多层电极结构同轴多层电极结构同轴多层电极结构，把，把，把，把奇数层奇数层奇数层奇数层和和和和偶数层偶数层偶数层偶数层的圆筒分别的圆筒分别的圆筒分别的圆筒分别连接在一起成为两组电极，变成相当于多个电容连接在一起成为两组电极，变成相当于多个电容连接在一起成为两组电极，变成相当于多个电容连接在一起成为两组电极，变成相当于多个电容并联并联并联并联，以增加灵敏度。以增加灵敏度。以增加灵敏度。以增加灵敏度。3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式料位和液位传感器电容式料位和液位传感器电容式料位和液位传感器电容式料位和液位传感器测定电极安装在金属储罐的顶测定电极安装在金属储罐的顶测定电极安装在金属储罐的顶测定电极安装在金属储罐的顶部，储罐的罐壁和测定电极之部，储罐的罐壁和测定电极之部，储罐的罐壁和测定电极之部，储罐的罐壁和测定电极之间形成了一个电容器。间形成了一个电容器。间形成了一个电容器。间形成了一个电容器。Dd检测电路检测电路测定电极测定电极储罐储罐0 01 1hx图中电容随料位高度图中电容随料位高度图中电容随料位高度图中电容随料位高度h h h hx x x x变变变变化的关系为：化的关系为：化的关系为：化的关系为：式中式中式中式中 k k比例常数；比例常数；比例常数；比例常数；D D储罐的内径；储罐的内径；储罐的内径；储罐的内径；d d测定电极的直径；测定电极的直径；测定电极的直径；测定电极的直径；h h被测物料的高度；被测物料的高度；被测物料的高度；被测物料的高度；0 0空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；空气的相对介电常数；1 1被测物料的相对介电常数；被测物料的相对介电常数；被测物料的相对介电常数；被测物料的相对介电常数；3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用被测电容被测电容被测电容被测电容C C C Cx x x x可以配置一个环形二极管电路进行检测。可以配置一个环形二极管电路进行检测。可以配置一个环形二极管电路进行检测。可以配置一个环形二极管电路进行检测。用用用用环形二极管充放环形二极管充放环形二极管充放环形二极管充放电法电法电法电法测量电容的基测量电容的基测量电容的基测量电容的基本原理是以一高频本原理是以一高频本原理是以一高频本原理是以一高频方波为信号源，通方波为信号源，通方波为信号源，通方波为信号源，通过一环形二极管电过一环形二极管电过一环形二极管电过一环形二极管电桥，对被测电容进桥，对被测电容进桥，对被测电容进桥，对被测电容进行充放电，行充放电，行充放电，行充放电，环形二环形二环形二环形二极管电桥输出一个极管电桥输出一个极管电桥输出一个极管电桥输出一个与被测电容成正比与被测电容成正比与被测电容成正比与被测电容成正比的微安级电流。的微安级电流。的微安级电流。的微安级电流。基本工作原理：基本工作原理：基本工作原理：基本工作原理：3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用环形二极管电路环形二极管电路输输入入方方波波加加在在电电桥桥的的A点点和和地地之之间。间。Cx为为被被测测电电容容，Cd为为平平衡衡电电容容传传感感器器初初始始电电容容的的调调零零电电容；容；C为滤波电容；为滤波电容；A为直流电流表。为直流电流表。3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用环形二极管电路环形二极管电路当当当当输输输输入入入入的的的的方方方方波波波波由由由由E E1 1跃跃跃跃变变变变到到到到E E2 2时时时时，电电电电容容容容C Cx x和和和和C Cd d两两两两端端端端的的的的电电电电压压压压皆皆皆皆由由由由E E1 1充电到充电到充电到充电到E E2 2。对对对对电电电电容容容容C Cx x充充充充电电电电的的的的电电电电流流流流i i1 1所示的方向；所示的方向；所示的方向；所示的方向；对对对对C Cd d充充充充电电电电的的的的电电电电流流流流如如如如i i3 3所示方向。所示方向。所示方向。所示方向。在在在在充充充充电电电电过过过过程程程程中中中中(T T1 1这这这这段段段段时时时时间间间间)，V VD2D2、V VD4D4一一一一直直直直处于截止状态。处于截止状态。处于截止状态。处于截止状态。在在在在T T1 1这段时间内由这段时间内由这段时间内由这段时间内由A A点向点向点向点向C C点流动的点流动的点流动的点流动的电荷量电荷量电荷量电荷量为为为为 ：q1=Cd(E2-E1)3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用环形二极管电路环形二极管电路当当当当输输输输入入入入的的的的方方方方波波波波由由由由E E2 2跃跃跃跃变变变变到到到到E E1 1时时时时，电电电电容容容容C Cx x和和和和C Cd d放放放放电电电电；电电电电压压压压皆皆皆皆由由由由E E2 2放电到放电到放电到放电到E E1 1。对对对对电电电电容容容容C Cx x放放放放电电电电的的的的电流电流电流电流i i2 2所示的方向；所示的方向；所示的方向；所示的方向；对对对对C Cd d放放放放电电电电的的的的电电电电流流流流如如如如i i4 4所示方向。所示方向。所示方向。所示方向。在在在在放放放放电电电电过过过过程程程程中中中中(T T2 2这这这这段段段段时时时时间间间间)，VD1VD1、VD3VD3一一一一直直直直处于截止状态。处于截止状态。处于截止状态。处于截止状态。在在在在T T2 2这段时间内由这段时间内由这段时间内由这段时间内由C C点向点向点向点向A A点流动的点流动的点流动的点流动的电荷量电荷量电荷量电荷量为为为为 ：q2=Cx(E2-E1)3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用环形二极管电路环形二极管电路环形二极管电路环形二极管电路 设设方方波波的的频频率率f=1/T0(即即每每秒秒钟钟要要发发生生的的充充放放电电过过程程的的次次数数)，则则由由C点点流流向向A点点的的平平均均电电流流为为I2=Cxf(E2-E1),而而从从A点点流流向向C点点的的平平均均电电流流为为I3=Cdf(E2-E1),流流过过此此支支路路的的瞬瞬时时电电流流的的平平均均值值为为 式中式中,E为方波的幅值，为方波的幅值，E=E2-E1。令令Cx的的初初始始值值为为C0，Cx为为Cx的的增增量量，则则Cx=C0+Cx,调调节节Cd=C0则则 由上式可以看出，由上式可以看出，I正比于正比于Cx。3.3.电容式液位计电容式液位计 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用环形二极管电路环形二极管电路环形二极管电路环形二极管电路 E E=E E2-2-E E1 1；f f=1/=1/T T0 0，为方波的频率；，为方波的频率；，为方波的频率；，为方波的频率；Dd0 0hx测定电极测定电极测定电极测定电极绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层水水水水在方波频率和幅值一定的情况在方波频率和幅值一定的情况在方波频率和幅值一定的情况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下，输出电流的变化与液位成下，输出电流的变化与液位成下，输出电流的变化与液位成正比。正比。正比。正比。4.4.湿度测量湿度测量 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用湿敏电容湿敏电容一般用高分子薄膜一般用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。酪酸醋酸纤维等。HM1500HM1500HM1500HM1500湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器当环境湿度发生改变时，湿敏电容的当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。化量与相对湿度成正比。5.5.电容式键盘电容式键盘 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用常规的键盘有常规的键盘有机械按键机械按键和和电容按键电容按键两种。两种。电容式键盘是基于电容式开关的键盘，电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理原理是是通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，通过按键改变电极间的距离产生电容量的变化，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。这种开关暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。这种开关是无触点非接触式的，磨损率极小。是无触点非接触式的，磨损率极小。利用变极距型电容传感利用变极距型电容传感器实现信息转换器实现信息转换.6.6.电容式传声器电容式传声器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用驻极体电容传声器驻极体电容传声器驻极体电容传声器驻极体电容传声器大膜片电容传声器大膜片电容传声器大膜片电容传声器大膜片电容传声器传声器传声器（MicrophoneMicrophone）即）即话筒，音译作话筒，音译作麦克风麦克风，目前，目前使用的话筒大多是使用的话筒大多是动圈式动圈式和和电容式电容式。电容传声器以电容传声器以振膜振膜与与后极板后极板间的电容量变化间的电容量变化通过前置放通过前置放大器变换为输出电压。大器变换为输出电压。7.7.电容式指纹传感器电容式指纹传感器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用目前的指纹采集技术主要目前的指纹采集技术主要目前的指纹采集技术主要目前的指纹采集技术主要有有有有光学采集光学采集光学采集光学采集、半导体采集半导体采集半导体采集半导体采集、超声波采集超声波采集超声波采集超声波采集。(1)(1)半导体压感式传感器半导体压感式传感器半导体压感式传感器半导体压感式传感器 其表面的顶层是具有弹性的压其表面的顶层是具有弹性的压其表面的顶层是具有弹性的压其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料感介质材料感介质材料感介质材料,它们依照指纹的外表它们依照指纹的外表它们依照指纹的外表它们依照指纹的外表地形地形地形地形(凹凸凹凸凹凸凹凸)转化为相应的电子信号转化为相应的电子信号转化为相应的电子信号转化为相应的电子信号,并进一步产生具有灰度级的指纹并进一步产生具有灰度级的指纹并进一步产生具有灰度级的指纹并进一步产生具有灰度级的指纹图像。图像。图像。图像。(2)(2)半导体温度感应传感器半导体温度感应传感器半导体温度感应传感器半导体温度感应传感器 它通过感应压在设备上的脊它通过感应压在设备上的脊它通过感应压在设备上的脊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和远离设备的谷温度的不同就可和远离设备的谷温度的不同就可和远离设备的谷温度的不同就可以获得指纹图像。以获得指纹图像。以获得指纹图像。以获得指纹图像。(3)(3)(3)(3)硅电容指纹图像传感器硅电容指纹图像传感器硅电容指纹图像传感器硅电容指纹图像传感器 这是最常见的半导体指纹传感器这是最常见的半导体指纹传感器这是最常见的半导体指纹传感器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。在半导体金属阵它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约列上能结合大约列上能结合大约列上能结合大约100,000100,000100,000100,000个电容传感器个电容传感器个电容传感器个电容传感器,其外面是绝缘的表面。其外面是绝缘的表面。其外面是绝缘的表面。其外面是绝缘的表面。7.7.电容式指纹传感器电容式指纹传感器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用传感器阵列的传感器阵列的传感器阵列的传感器阵列的每一点是一个金属电极每一点是一个金属电极每一点是一个金属电极每一点是一个金属电极,充当电容器的一极充当电容器的一极充当电容器的一极充当电容器的一极,按在按在按在按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极传感面上的手指头的对应点则作为另一极传感面上的手指头的对应点则作为另一极传感面上的手指头的对应点则作为另一极,传感面形成两极之间传感面形成两极之间传感面形成两极之间传感面形成两极之间的的的的介电层介电层介电层介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同(纹纹纹纹路深浅的存在路深浅的存在路深浅的存在路深浅的存在),),),),导致硅表面电容阵列的各个电容值不同导致硅表面电容阵列的各个电容值不同导致硅表面电容阵列的各个电容值不同导致硅表面电容阵列的各个电容值不同,测量并测量并测量并测量并记录各点的电容值记录各点的电容值记录各点的电容值记录各点的电容值,就可以获得具有灰度级的指纹图像。就可以获得具有灰度级的指纹图像。就可以获得具有灰度级的指纹图像。就可以获得具有灰度级的指纹图像。7.7.电容式指纹传感器电容式指纹传感器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用 指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过指纹识别系统的电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层活体层活体层活体层(真皮层真皮层真皮层真皮层)，直，直，直，直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误。识错误。识错误。识错误。7.7.电容式指纹传感器电容式指纹传感器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用西门子推出的西门子推出的“ID MouseID Mouse”鼠标。鼠标上端安有指尖传感鼠标。鼠标上端安有指尖传感器，一旦指纹被识别，使用者器，一旦指纹被识别，使用者就可以启动就可以启动PCPC的操作系统。如的操作系统。如果长时间不动鼠标，它将自动果长时间不动鼠标，它将自动启动屏幕保护程序，直到使用启动屏幕保护程序，直到使用者再次触摸者再次触摸ID ID 鼠标为止。这鼠标为止。这个鼠标在个鼠标在0.250.25平方英寸平方英寸的触摸的触摸芯片上有芯片上有6500065000个传感系统，个传感系统，可捕捉指纹的细节。该系统非可捕捉指纹的细节。该系统非常灵敏，甚至用户的手有伤口常灵敏，甚至用户的手有伤口它都能准确的辨别出来。它都能准确的辨别出来。7.7.电容式指纹传感器电容式指纹传感器 3.4 3.4 3.4 3.4 电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用电容式传感器的应用最早的指纹识别手机是最早的指纹识别手机是最早的指纹识别手机是最早的指纹识别手机是98989898年西门子推出的年西门子推出的年西门子推出的年西门子推出的SL10SL10SL10SL10手机，其将手机，其将手机，其将手机，其将“FingertipFingertipFingertipFingertip”指纹辨认指纹辨认指纹辨认指纹辨认技术移植在技术移植在技术移植在技术移植在SL10SL10SL10SL10上作模上作模上作模上作模拟试用。手机机身前面及拟试用。手机机身前面及拟试用。手机机身前面及拟试用。手机机身前面及后面都装一跟后面都装一跟后面都装一跟后面都装一跟SIMSIMSIMSIM卡大小卡大小卡大小卡大小相似的金属指纹感应器。相似的金属指纹感应器。相似的金属指纹感应器。相似的金属指纹感应器。本节结束