电容式传感器原理及其应用.ppt

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1、1 1 电容式容式传感器的工作原理及分感器的工作原理及分类2 2 电容式容式传感器的感器的测量量电路路3 3 电容式容式传感器的特点及感器的特点及设计改善措施改善措施4 4 电容式容式传感器的感器的应用用1.1 1.1 工作原理及工作原理及结构形式构形式电容式容式传感器的基本原理是将被感器的基本原理是将被测量的量的变化化转换成成传感元件感元件电容量的容量的变化，再化，再经过测量量电路将路将电容量容量的的变化化转换成成电信号信号输出。出。电容式容式传感器感器实际上是一个可上是一个可变参数的参数的电容器。容器。电容式传感器工作原理图电容式传感器工作原理图 平板平板电容器容器电容量表达式容量表达式为

2、：三三个个参参数数都都直直接接影影响响着着电容容量量的的大大小小。如如果果保保持持其其中中两两个个参参数数不不变，而而使使另另外外一一个个参数改参数改变，则电容量就将容量就将发生生变化。化。如如果果变化化的的参参数数与与被被测量量之之间存存在在一一定定函函数数关关系系，那那么么电容容量量的的变化化可可以以直直接接反反映映被被测量量的的变化化情情况况，再再通通过测量量电路路将将电容容量量的的变化化转换为电量量输出，就可以达到出，就可以达到测量的目的。量的目的。电容容式式传感感器器通通常常可可以以分分为三三种种类型型：改改变极极板板面面积的的变面面积式式；改改变极极板板距距离离的的变间隙隙式式；改

3、改变介介电常数的常数的变介介电常数式。常数式。2.1 2.1 变面面积式式电容容传感器感器变面面积式式电容式容式传感器通常分感器通常分为线位移型和角位移位移型和角位移型两大型两大类。（1 1）线位移位移变面面积型型常用的常用的线位移位移变面面积型型电容式容式传感器可分感器可分为平面平面线位移型和柱面位移型和柱面线位移型两种位移型两种结构。构。对于于平平板板状状结构构，在在图4-24-2（a a）中中，两两极极板板有有效效覆覆盖盖面面积就就发生生变化化，电容容量量也也随随之改之改变，其，其值为：式中，式中，为初始初始电容容值。对于于柱柱状状结构构，在在图4-24-2（b b）中中，覆覆盖盖面面积

4、就就发生生变化化，电容容量量也也随随之之改改变，其其值为：式中，式中，为初始初始电容容值。（2 2）角位移型角位移型 角位移型是角位移型是变面面积式式电容容传感器的派生形式，其派感器的派生形式，其派生形式种生形式种类较多，如多，如图所示。所示。（a）角位移型；（）角位移型；（b）齿形极板型；（）齿形极板型；（c）圆筒型；（）圆筒型；（d）扇型）扇型图图4-3 变面积式电容传感器的派生型变面积式电容传感器的派生型 在图在图4-3（a）中，当动极板有一个角位移）中，当动极板有一个角位移 时，它时，它与定极板之间的有效覆盖面积就会发生变化，从而导致与定极板之间的有效覆盖面积就会发生变化，从而导致电容

5、量的变化，电容值可表示为：电容量的变化，电容值可表示为：2.3 2.3 变间隙式隙式电容容传感器感器 当当电容式容式传感器的面感器的面积和介和介电常数固定不常数固定不变，只改只改变极板极板间距离距离时，称，称为变间隙式隙式电容容传感器，感器，其其结构原理如构原理如图所示。所示。图中，活中，活动极板与被极板与被测对象象相相连。当活当活动极板因被极板因被测参数的改参数的改变而引起移而引起移动时，电容容量随着两极板量随着两极板间的距离的的距离的变化而化而变化，当活化，当活动极板极板移移动后，其后，其电容量容量为：这类传感器一般用来对微小位移量进行测量，正常这类传感器一般用来对微小位移量进行测量，正常

6、工作在微米到几毫米的线位移。同时，变间隙式电工作在微米到几毫米的线位移。同时，变间隙式电容传感器要提高灵敏度，应减小极板间的初始间距。容传感器要提高灵敏度，应减小极板间的初始间距。为了改善这种情况，一般是在极板间放置云母、塑为了改善这种情况，一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数较高的介质。料膜等介电常数较高的介质。2.4 2.4 变介介电常数式常数式电容容传感器感器 根据前面的分析可知，介根据前面的分析可知，介质的介的介电常数也是影常数也是影响响电容式容式传感器感器电容量的一个因素。通常情况下，容量的一个因素。通常情况下，不同介不同介质的介的介电常数各不相同。常数各不相同。当当电容式容式传

7、感器的感器的电介介质改改变时，其介，其介电常数常数变化，化，也会引起也会引起电容量容量发生生变化。化。变介介电常数式常数式电容容传感器就是通感器就是通过介介质的改的改变来来实现对被被测量的量的检测，并通，并通过传感器的感器的电容量的容量的变化化反映出来。它通常可以分反映出来。它通常可以分为柱式和平板式两种，如柱式和平板式两种，如图所示。所示。（a）柱式）柱式 （b）平板式）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变介介电常数式常数式电容容传感器的两极板感器的两极板间若存在若存在导电物物质，还应该在极板表面涂上在极板表面涂上绝缘层，防止极板短路，防止极板短路，如涂上聚四氟乙如涂上聚四

8、氟乙烯薄膜。薄膜。变介介电常数式常数式电容容传感器除了可以感器除了可以测量液位和位移量液位和位移之外，之外，还可以用于可以用于测量量电介介质的厚度、物位，并可的厚度、物位，并可以根据极板以根据极板间介介质的介的介电常数随温度、湿度、容量常数随温度、湿度、容量的的变化而化而变化来化来测量温度、湿度、容量等参数。量温度、湿度、容量等参数。(a)测介质厚度；测介质厚度；(b)测量位移；测量位移；(c)测量液位；测量液位；(d)测温度、湿度测温度、湿度图图4-6 常见变介电常数式电容传感器常见变介电常数式电容传感器电容式容式传感器感器输出出电容量以及容量以及电容容变化量都非常微化量都非常微小，小，这样

9、微小的微小的电容量目前容量目前还不能直接被不能直接被显示示仪表表所所显示，无法由示，无法由记录仪进行行记录，亦不便于，亦不便于传输。借助借助测量量电路路检出微小的出微小的电容容变化量，并化量，并转换成与成与其成正比的其成正比的电压、电流或者流或者频率信号，才能率信号，才能进行行显示、示、记录和和传输。用于用于电容式容式传感器的感器的测量量电路很多，常路很多，常见的的电路有：路有：普通交流普通交流电桥、变压器器电桥、双、双T T形形电桥电路、路、紧耦耦合合电感臂感臂电桥、运算放大器式、运算放大器式测量量电路、路、调频电路、路、脉冲脉冲宽度度调制制电路等。路等。2.1 2.1 普通交流普通交流电桥

10、电路路 普通交流普通交流电桥测量量电路如路如图4-74-7所示，所示，为传感器感器电容，容，为等效配接阻抗，等效配接阻抗，和和 分分别为固定固定电容和固定阻抗。容和固定阻抗。传感器工作前，先将感器工作前，先将电桥初始状初始状态调至平衡。至平衡。当当传感器工作感器工作时，电容容 发生生变化，化，电桥失去平衡，从而失去平衡，从而输出交流出交流电压信号。信号。此信号先此信号先经过交流放大器将交流放大器将电压进行放大，行放大，再再经过相敏相敏检波器和低通波器和低通滤波器波器检出直流出直流电压、并、并滤掉交流分量，最后得到直流掉交流分量，最后得到直流电压输出信号，它的幅出信号，它的幅值随着随着电容的容的

11、变化而化而变化。化。电桥的的输出出电压为：2.2 2.2 变压器器电桥电路路 电容式容式传感器接入感器接入变压器器电桥测量量电路如路如图所示，所示，它可分它可分为单臂接法和差臂接法和差动接法两种。接法两种。（a）单臂接法）单臂接法 （b）差动接法）差动接法（1 1）单臂接法臂接法图4-8(a)4-8(a)所示所示为单臂接法的臂接法的变压器器桥式式测量量电路，高路，高频电源源经变压器接到器接到电容容桥的一个的一个对角角线上，上，电容容 构成构成电桥的四的四个臂，其中个臂，其中 为电容容传感器。感器。当当传感器未工作感器未工作时，交流，交流电桥处于平衡状于平衡状态，有：有：此此时，电桥输出出电压

12、。当当 改改变时，电桥有有输出出电压，从，从而可而可测得得电容的容的变化化值。（2 2）差）差动接法接法变压器器电桥测量量电路一般采用差路一般采用差动接法，如接法，如图4-8(b)4-8(b)所示。所示。以差以差动形式接入相形式接入相邻两两个个桥臂，另外两个臂，另外两个桥臂臂为次次级线圈。在交流圈。在交流电路中，路中，的阻抗分的阻抗分别为：则有，有，故，当故，当输出出为开路开路时，电桥空空载输出出电压为2.3 2.3 双双T T形形电桥电路路 双双T T形形电桥电路如路如图所示，高所示，高频电源源u u提供幅提供幅值为U U的方波。的方波。双双T型电桥连接型电桥连接 正半周正半周 负半周负半周

13、2.4 2.4 运算放大器式运算放大器式测量量电路路 运算放大器式运算放大器式测量量电路的原理路的原理图如如图所示。所示。电容式容式传感器跨接在高增益运算放大器的感器跨接在高增益运算放大器的输入端与入端与输出端出端之之间。由于运算放大器的放大倍数非常大，而且由于运算放大器的放大倍数非常大，而且输入阻抗入阻抗很高，可很高，可认为是一个理想运算放大器。是一个理想运算放大器。则输出出电压 为：可可见，运算放大器的，运算放大器的输出出电压 与极板与极板间距离距离 成成线性关系。运算放大器性关系。运算放大器电路解决了路解决了单个个变极板极板间距距离式离式电容容传感器的非感器的非线性性问题，但要求运算放大

14、器，但要求运算放大器的开的开环放大倍数和放大倍数和输入阻抗都足入阻抗都足够大。大。理想运算放大器的开理想运算放大器的开环放大倍数放大倍数 ，且，且输入入阻抗阻抗 。为保保证仪器精度，器精度，还要求要求电源源电压的的幅幅值和固定和固定电容容 值稳定。定。2.5 2.5 调频电路路调频电路是将路是将电容式容式传感器的感器的电容与容与电感元件构成感元件构成振振荡器的器的谐振回路。其振回路。其测量量电路原理框路原理框图如如图所示。所示。当当电容工作容工作时，电容容变化化导致振致振荡频率率发生相生相应的的变化，再通化，再通过鉴频电路把路把频率的率的变化化转换为振幅的振幅的变化，化，经放大后放大后输出，即

15、可出，即可进行行显示和示和记录，这种种方法称方法称为调频法。法。当当传感器未工作感器未工作时，振，振荡频率率为：用用调频电路作路作为电容式容式传感器的感器的测量量电路具有下列路具有下列特点：特点：（1 1）抗干）抗干扰能力能力强，稳定性好；定性好；（2 2）灵敏度高，可）灵敏度高，可测量量 级的位移的位移变化量；化量；（3 3）能）能获得高得高电平的直流信号，可达伏特数量平的直流信号，可达伏特数量级；（4 4）由于）由于输出出为频率信号，易于用数字式率信号，易于用数字式仪器器进行行测量，并可以和量，并可以和计算机算机进行通信，可以行通信，可以发送、接收，送、接收，能达到遥能达到遥测遥控的目的。

16、遥控的目的。2.6 2.6 差差动脉冲脉冲宽度度调制制电路路 差差动脉冲脉冲宽度度调制制电路如路如图所示，它是利用所示，它是利用对传感器感器电容的充放容的充放电使使电路路输出脉冲的出脉冲的宽度随度随传感器感器电容量的容量的变化而化而变化，再通化，再通过低通低通滤波器得到相波器得到相应被被测量量变化的直流信号。化的直流信号。差差动脉冲脉冲宽度度调制制电路路产生的生的电路中各点路中各点电压波形波形如如图所示。所示。电容容传感器的感器的优缺点缺点1 1电容式容式传感器的感器的优点点（1 1）温度）温度稳定性好：定性好：电容式容式传感器常用空气等气体作感器常用空气等气体作为绝缘介介质，介，介质本身的本

17、身的发热量非常小，可忽略不量非常小，可忽略不计。因此，只需。因此，只需要从要从强度、温度系数等机械特性度、温度系数等机械特性进行考行考虑，来合理，来合理选择材料材料和几何尺寸。和几何尺寸。（2 2）阻抗高、功率小，需要）阻抗高、功率小，需要输入的入的动作能量低：作能量低：电容式容式传感感器由于器由于带电极板极板间的静的静电吸引力极小，因此所需要的吸引力极小，因此所需要的输入能入能量也极小，特量也极小，特别适用于低能量适用于低能量输入的入的测量。量。（3 3）动态响响应好：好：电容式容式传感器由于它的可感器由于它的可动部分可以做得部分可以做得很小很薄，即很小很薄，即质量很量很轻，其固有，其固有频

18、率很高，率很高，动态响响应时间短，短，能在几兆赫的能在几兆赫的频率下工作，特率下工作，特别适合适合动态测量。量。（4 4）结构构简单，适，适应性性强：电容式容式传感器感器结构构简单，易于制，易于制造；能在高低温、造；能在高低温、强辐射及射及强磁磁场等各种等各种恶劣的劣的环境条件下境条件下工作，适工作，适应能力能力强。2 2电容式容式传感器的缺点感器的缺点（1 1）输出阻抗高，出阻抗高，带负载能力差：能力差：电容的容抗大容的容抗大还要求要求传感器感器绝缘部分的部分的电阻阻值极高（几十兆欧以上）极高（几十兆欧以上），否，否则绝缘部分将作部分将作为旁路旁路电阻而影响阻而影响传感器的性感器的性能，能，

19、为此要注意温度、湿度、清此要注意温度、湿度、清洁度等度等环境境对绝缘材料材料绝缘性能的影响。性能的影响。（2 2）输出特性出特性为非非线性：性：虽可采用差可采用差动结构来改善，构来改善，但不可能完全消除。其他但不可能完全消除。其他类型的型的电容容传感器只有忽感器只有忽略了略了电场的的边缘效效应时，输出特性才成出特性才成线性，否性，否则边缘效效应所所产生的附加生的附加电容量将与容量将与传感器感器电容量直容量直接叠加，使接叠加，使输出特性非出特性非线性。性。（3 3）寄生）寄生电容影响大：容影响大：电容式容式传感器的初始感器的初始电容很容很小，而其引小，而其引线电容、容、测量量电路的路的杂散散电容

20、以及容以及传感感器极板与其周器极板与其周围导体构成的体构成的电容等容等“寄生寄生电容容”却却较大。例如，将信号大。例如，将信号处理理电路安装在非常靠近极板的路安装在非常靠近极板的地方可以削弱泄露地方可以削弱泄露电容的影响。容的影响。3.2 3.2 电容式容式传感器的感器的设计改善措施改善措施 电容式容式传感器所具有的高灵敏度、高精度等独特的感器所具有的高灵敏度、高精度等独特的优点是与点是与其正确其正确设计、选材以及精材以及精细的加工工的加工工艺分不开的。分不开的。（1 1）消除和减小）消除和减小边缘效效应：边缘效效应不不仅使使电容式容式传感器的感器的灵敏度降低，而且在灵敏度降低，而且在测量中会

21、量中会产生非生非线性性误差，差，应尽量减小尽量减小或消除。或消除。适当减小适当减小电容式容式传感器的极板感器的极板间距，可以减小距，可以减小边缘效效应的影的影响，但响，但电容易被容易被击穿且穿且测量范量范围受到限制。受到限制。一方面，可采取将一方面，可采取将电极做得很薄，使之极做得很薄，使之远小于极板小于极板间距的措距的措施来减小施来减小边缘效效应的影响。另一方面，可在的影响。另一方面，可在结构上增加等位构上增加等位保保护环的方法来消除的方法来消除边缘效效应，如，如图4-144-14所示。所示。（a）电容器的边缘效应）电容器的边缘效应 （b）带有等位环的平板式电容器）带有等位环的平板式电容器图

22、图4-14 等位环消除电容边缘效应原理图等位环消除电容边缘效应原理图（2 2）保）保证绝缘材料的材料的绝缘性能性能 温度、湿度等温度、湿度等环境的境的变化是影响化是影响传感器中感器中绝缘材料材料性能的主要因素。性能的主要因素。传感器的感器的电极表面不便清洗，极表面不便清洗，应加以密封，可防加以密封，可防尘、防潮。防潮。尽量采用空气、云母等介尽量采用空气、云母等介电常数的温度系数几乎常数的温度系数几乎为零的零的电介介质作作为电容式容式传感器的感器的电介介质。传感器内所有的零件感器内所有的零件应先先进行清洗、烘干后再装配。行清洗、烘干后再装配。传感器要密封以防止水分侵入内部而引起感器要密封以防止水

23、分侵入内部而引起电容容值变化和化和绝缘性能下降。壳体的性能下降。壳体的刚性要好，以免安装性要好，以免安装时变形。形。传感器感器电极的支架要有一定的机械极的支架要有一定的机械强度和度和稳定的性定的性能。能。应选用温度系数小、用温度系数小、稳定性好，并具有高定性好，并具有高绝缘性能的材料，例如石英、云母、人造宝石及各种陶性能的材料，例如石英、云母、人造宝石及各种陶瓷等做支架。瓷等做支架。虽然然这些材料些材料较难加工，但性能加工，但性能远高高于塑料、有机玻璃等。于塑料、有机玻璃等。（3 3）减小或消除寄生）减小或消除寄生电容的影响容的影响 寄寄生生电容容可可能能比比传感感器器的的电容容大大几几倍倍甚

24、甚至至几几十十倍倍，影影响响了了传感感器器的的灵灵敏敏度度和和输出出特特性性，严重重时会会淹淹没没传感感器器的的有有用用信信号号，使使传感感器器无无法法正正常常工工作作。因因此此，减减小小或或消消除除寄寄生生电容容的的影影响响是是设计电容容传感感器器的的关关键。通常可采用如下方法：。通常可采用如下方法：增加增加电容初始容初始值：增加：增加电容初始容初始值可以减小寄生可以减小寄生电容的影响。采用减小容的影响。采用减小电容式容式传感器极板之感器极板之间的距离，的距离，增大有效覆盖面增大有效覆盖面积来增加初始来增加初始电容容值。采用采用驱动电缆技技术：驱动电缆技技术又叫双又叫双层屏蔽等屏蔽等位位传输

25、技技术，它，它实际上是一种等上是一种等电位屏蔽法。位屏蔽法。驱动放大器是一个放大器是一个输入阻抗很高，具有容性入阻抗很高，具有容性负载，放大倍数，放大倍数为1 1的同相放大器。的同相放大器。该方法的方法的难点在于要在很点在于要在很宽的的频带上上实现放大倍数等于放大倍数等于1 1，且，且输入入输出的相移出的相移为零。零。由于屏蔽由于屏蔽线上有随上有随传感器感器输出信号出信号变化而化而变化的化的电压，因此，因此称称为“驱动电缆”。外屏蔽。外屏蔽层接大地或接接大地或接仪器地，用来防止外器地，用来防止外界界电场的干的干扰。驱动电缆技术原理图驱动电缆技术原理图 采用运算放大器法：运算放大器法的原理如采用

26、运算放大器法：运算放大器法的原理如图所示。所示。它利用运算放大器的虚地来减小引它利用运算放大器的虚地来减小引线电缆寄生寄生电容容 。运算放大器法运算放大器法电容传感器的一个电极经电缆芯线接运算放大器的电容传感器的一个电极经电缆芯线接运算放大器的虚地虚地点，电缆的屏蔽层接仪器地，这时与传感器点，电缆的屏蔽层接仪器地，这时与传感器电容相并联的为等效电缆电容电容相并联的为等效电缆电容 ，为运算放为运算放大器的开环放大倍数，因而大大减小了电缆电容的大器的开环放大倍数，因而大大减小了电缆电容的影响。影响。电容式容式传感器的感器的应用非常广泛，它可用来用非常广泛，它可用来测量液位量液位和物位、和物位、压力

27、、加速度、直力、加速度、直线位移、角度和角位移、位移、角度和角位移、厚度、振厚度、振动和振幅、和振幅、转速、温度、湿度及成分等参速、温度、湿度及成分等参数。数。4.4.1 4.4.1 电容式容式压力力传感器感器图4-174-17所示是典型的差所示是典型的差动电容式容式压力力传感器。其主感器。其主要要结构构为一个膜片一个膜片动电极和两个在凹形玻璃上极和两个在凹形玻璃上电镀成的固定成的固定电极极组成的差成的差动电容器。容器。当被当被测压力或力或压力差作用于膜片并使之力差作用于膜片并使之产生位移生位移时，形成的两个形成的两个电容器的容器的电容量，一个增大，一个减小。容量，一个增大，一个减小。该电容容

28、值的的变化化经测量量电路路转换成与成与压力或力或压力差力差相相对应的的电流或流或电压的的变化。化。差差动电容式容式压力力传感器感器电容式容式压力力传感器常用来感器常用来测量气体或液体的量气体或液体的压力，其外形力，其外形结构如构如图所示。所示。4.4.2 4.4.2 电容式加速度容式加速度传感器感器差差动电容式加速度容式加速度传感器主要由两个固定极板（与感器主要由两个固定极板（与外壳外壳绝缘）和一个）和一个质量量块组成，中成，中间的的质量量块采用采用弹簧片来簧片来进行支撑，它的两个端面行支撑，它的两个端面经过磨平抛光后磨平抛光后作作为可可动极板。极板。4.4.3 4.4.3 电容式位移容式位移

29、传感器感器图示示为一种一种圆筒式筒式变面面积型型电容式位移容式位移传感器。它采用差感器。它采用差动式式结构，其固定构，其固定电极极3 3与外壳与外壳绝缘，其活，其活动电极极4 4与与测杆杆1 1相相连并彼此并彼此绝缘。测量量时，动电极随被极随被测物物发生生轴向移向移动，从而改，从而改变活活动电极极与两个固定与两个固定电极之极之间的有效覆盖面的有效覆盖面积，使，使电容容发生生变化，化，电容的容的变化量与位移成正比。开槽化量与位移成正比。开槽弹簧片簧片2 2为传感器的感器的导向与向与支承，无机械摩擦，灵敏度高，但行程小，主要用于接触式支承，无机械摩擦，灵敏度高，但行程小，主要用于接触式测量。量。电

30、容式容式传感器感器还可以用于可以用于测量振量振动位移，以位移，以及及测量量转轴的回的回转精度和精度和轴心心动态偏偏摆等，等，属于属于动态非接触式非接触式测量，如量，如图所示。所示。（a）振幅测量）振幅测量 （b）轴的回转精度和轴心偏摆测量）轴的回转精度和轴心偏摆测量电容式传感器在振动位移测量中的应用电容式传感器在振动位移测量中的应用图（a a）中）中电容容传感器和被感器和被测物体分物体分别构成构成电容的两容的两个个电极，当被极，当被测物物发生振生振动时，电容两极板之容两极板之间的的距离距离发生生变化，从而改化，从而改变电容的大小，再容的大小，再经测量量电路路实现测量。量。图（b b）所示）所示

31、电容容传感器中，在旋感器中，在旋转轴外外侧相互垂直相互垂直的位置放置两个的位置放置两个电容极板，作容极板，作为定极板，被定极板，被测旋旋转轴作作为电容容传感器的感器的动极板。极板。测量量时，首先，首先调整好整好电容极板与被容极板与被测旋旋转轴之之间的的原始原始间距，当距，当轴旋旋转时因因轴承承间隙等原因隙等原因产生径向生径向位移和位移和摆动时，定极板和，定极板和动极板之极板之间的距离的距离发生生变化，化，传感器的感器的电容量也相容量也相应的的发生生变化，再化，再经过测量量转换电路即可路即可测得得轴的回的回转精度和精度和轴心的偏心的偏摆。4.4 4.4 电容式液位容式液位传感器感器电容式液位容式

32、液位传感器的感器的结构如构如图所示。所示。测定定电极安装在容器的极安装在容器的顶部，容器壁和部，容器壁和测定定电极之极之间构成了一个构成了一个电容器。容器。当容器内的被当容器内的被测物有一定液位高度物有一定液位高度时，由于被，由于被测物介物介电常数常数的影响，的影响，传感器的感器的电容容发生生变化，化，电容的容的变化量与被化量与被测液位液位的高度成的高度成线性关系。只要通性关系。只要通过测量量转换电路路检测出出电容的容的变化量，就可以化量，就可以测出液位的高度。出液位的高度。传感器的感器的电容量可表示容量可表示为：可可见，电容器的容器的电容量与被容量与被测液位高度成液位高度成线性关系，性关系，

33、且两种介且两种介质的介的介电常数相差越大、容器的内径与常数相差越大、容器的内径与电极的直径相差越小，极的直径相差越小，传感器的感器的电容容变化量就越大，化量就越大，灵敏度就越高。灵敏度就越高。由于被由于被测对象的性象的性质不一不一样，不同介，不同介质的的导电性能不相同，性能不相同，电容式液位容式液位传感器在不感器在不导电液体和液体和导电液体的液位液体的液位测量量过程中，其程中，其结构构也会有差也会有差别，如，如图所示。所示。电容式液位传感器的结构电容式液位传感器的结构电容式液位容式液位传感器被广泛使用于工感器被广泛使用于工业测量中。几量中。几类常常见的的电容式液位容式液位传感器如感器如图所示。

34、所示。（a）棒式探极）棒式探极 （b）同轴探极）同轴探极 （c）缆式探极）缆式探极几类常见的电容式液位传感器几类常见的电容式液位传感器图4-254-25所示所示为电容式容式传感器在油箱液位感器在油箱液位检测中的中的应用。用。4.5 4.5 电容式容式测厚厚传感器感器 电容式容式传感器感器测厚的原理如厚的原理如图所示。在被所示。在被测带材的材的上下两上下两侧各装各装设一一块面面积相等、与相等、与带材距离相等的材距离相等的极板，极板，这样两极板与两极板与带材之材之间形成两个独立形成两个独立电容。容。若若带材的厚度材的厚度变化，将引起化，将引起电容的容的变化，再用交流化，再用交流电桥将将电容的容的变

35、化化检测出来，出来，经过放大，即可由放大，即可由显示示仪表表显示出示出带材厚度的材厚度的变化，从而化，从而实现带材厚度材厚度的在的在线检测。图4-274-27所示所示为电容式容式测厚厚传感器在板材感器在板材轧制装置中制装置中的的应用用电路。两路。两块极板用极板用导线连接成一个接成一个电极，而极，而板材就是板材就是电容的另一个容的另一个电极，其极，其总电容容为 电容式测厚传感器应用电路电容式测厚传感器应用电路4.6 4.6 电容式指容式指纹识别传感器感器 电容式指容式指纹识别传感器是一种新型的感器是一种新型的传感器。它感器。它在一些防盗系在一些防盗系统、高科技以及重要、高科技以及重要场合中得到了

36、合中得到了应用，如用于笔用，如用于笔记本本电脑、手机及汽、手机及汽车等的指等的指纹识别及防盗，如及防盗，如图所示。所示。(a)笔记本指纹识别笔记本指纹识别 (b)指纹识别手机指纹识别手机 (c)汽车防盗指纹识别汽车防盗指纹识别 电容式指纹识别传感器电容式指纹识别传感器（1 1）电容式容式键盘常常规的的键盘有机械式按有机械式按键和和电容式按容式按键两种。两种。电容容式式键盘是基于是基于电容式开关的容式开关的键盘，电容式容式键盘的原的原理是通理是通过按按键改改变电极极间的距离的距离产生生电容量的容量的变化，化，以以实现信息的信息的转换。（2 2）指）指纹识别指指纹识别传感器中含有指感器中含有指纹传感芯片，指感芯片，指纹传感芯感芯片表面由若干个片表面由若干个电容容传感器感器组成。成。当人把手指放在当人把手指放在传感器上感器上时，手指充当，手指充当电容器的另容器的另外一个外一个电极。由于手指上存在指极。由于手指上存在指纹纹路，且深浅不路，且深浅不一致，一致，导致硅表面致硅表面电容容阵列的各个列的各个电容容电压不同；不同；通通过测量并量并记录各点的各点的电压值就可以就可以获得具有灰度得具有灰度级的指的指纹图像，从而达到辨像，从而达到辨别指指纹的目的。的目的。