物联网传感技术——电容式传感器

电容式传感器

• 电容式传感器不但应用到位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步扩大到用于压力、压差、液位、物位或成分含量等方面的测量。
• 主要特点：
  （1）小功率、高阻抗。
  （2）小的静电引力和良好的动态特性。
  （3）与电阻式传感器相比，电容式传感器本身发热影响小。
  （4）可以进行 非接触测量。
  （5）结构简单，适应性强，可在温度变化较大或者具有各种辐射的恶劣环境中工作。
• 主要缺点：
  （1）输出具有 非线性。
  （2）寄生电容 的影响往往降低传感器的灵敏度和精度。

1. 工作原理与分类

• 基本工作原理：
  只要被测物理量的变化能使电容器中 任意一个参数 产生相应改变而 引起电容变化，再通过一定的测量线路将其转换为有用的 电信号输出，即可根据这种输出信号大小来判定被测物理量的大小。

• 分类：
  （1）变间隙式 ，一般用来测量微小的线位移（小至0.01微米~零点几毫米）
  
  （2）变面积式， 一般用于测量角位移（从一角秒至几十度）或较大的线位移
  
  
  （3）变介电常数式， 用于固体或液体的物位测量，也用于测定各种介质的湿度、密度等状态参数。
  

2. 主要特性

2.1 特性曲线、灵敏度、非线性

（1）分析变间隙式

（2）变面积式

（3）变介电常数式

注：另外一种变介电常数的电容式传感器

2.2 高阻抗、小功率

• 怎样减小阻抗？？

• “漏电阻” 的概念？？

2.3 寄生电容的干扰及防止

• 定义？？
  在任何两个导体之间均可构成电容联系，因此电容式传感器除了极板间的电容外，极板还可能与 周围 物体（包括仪器中各种元件甚至人体）产生电容联系。这种附加的电容联系，称之为寄生电容。

• 解决办法？？

3. 电容式传感器的应用

3.1 电容式压差传感器

这种传感器的最大特点是承受过压能力极强，特别适用于管道中绝对压力很高但压差很小的所谓 “高线压低压差” 的情况。
该传感器精度高、耐振动、耐冲击、可靠性高、寿命长、但制造工艺要求很高，尤其是张紧膜片的焊接是一工艺难题。

3.2 电容式液位传感器

3.3 电容式位移传感器

高灵敏度电容位移传感器采用 非接触方式 精确测量微位移和振动幅度。

4. 习题