發布日期：2022-10-09 點擊率：101
電容式傳感器的工作原理
器。 ? 電容式傳感器的工作原理 電容式傳感器的核心部分就是具有可變參數的電容器。若忽略邊緣效應，平板電容器的電容C=εA／δ，式中ε為極間介質的介電常數，A為兩電極互相覆蓋的有效面積,δ為兩電極之間的距離。δ、A、ε 三個參數中任一個
2021-08-17 15:47:15
電容式傳感器的優缺點及分類
檢測元件是根據圓筒形電容器原理進行工作的。 根據傳感器的工作原理可以吧電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質型三種類型。 1、變極板間距的變極距型 變極板間距型電容式傳感器的特點：電容量與極板間距成反比。主要
2021-08-11 11:38:39
電容式傳感器的工作原理
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2021-07-29 16:57:05
電容式觸摸傳感器如何應用于被動門禁系統資料下載
電子發燒友網為你提供電容式觸摸傳感器如何應用于被動門禁系統資料下載的電子資料下載，更有其他相關的電路圖、源代碼、課件教程、中文資料、英文資料、參考設計、用戶指南、解決方案等資料，希望可以幫助到廣大的電子工程師們。
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發燒友 2021-04-02 08:52:34
電容式傳感器的基本原理及性能特點的介紹
。但電容式傳感器的泄漏電阻和非線性等缺點也給它的應用帶來一定的局限。隨著電子技術的不斷發展，特別是集成電路的廣泛應用，這些缺點也得到了一定的克服，進一步促進了電容式傳感器的廣泛應用。 電容式傳感器的基本原理
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2017-11-26 10:42:09
電容式傳感器bc_bcf_bcc系列產品介紹
電容式傳感器籍由其特殊的工作原理，可實現非接觸的，獨立的和無磨損的檢測。并且對于導電材料和非導電材料均可實現可靠檢測。因此，電容式傳感器可以適用于某些電感式傳感器無法檢測的應用場合。
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2017-09-21 15:57:53
電容式滑覺傳感器設計與應用_許德成
電容式滑覺傳感器設計與應用_許德成
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#Freedom 2017-03-19 19:03:46
傳感器與檢測技術(胡向東)_電容式傳感器介紹
傳感器與檢測技術 (胡向東) 第2版 第5章電容式傳感器
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北斗青春 2015-12-30 11:34:19
電容式傳感器和渦流傳感器檢測技術的區別分析
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電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。在采用電容技術的應用中，電容式接近開關的靈敏度取決于目標物體的
2020-12-18 14:44:43
電容式傳感器的優點有哪些
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。
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電容式傳感器分為哪三種_電容式傳感器原理
電容式傳感器可分為3類，即極距變化型、面積變化型和介質變化型電容傳感器。
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電容式油位傳感器工作原理
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2020-02-25 15:33:46
dfrobot電容式土壤濕度傳感器簡介
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電容式傳感器可以怎樣應用
在使用TURCK的電容式傳感器之前，客戶也使用過其它品牌的電容式傳感器，但是由于其內部電路缺乏有效地屏蔽和補償電路，開關距離較短，響應時間較慢，從而嚴重影響了生產效能。
2019-12-10 15:54:05
電容式傳感器有哪些_電容式傳感器的應用場合
電容式傳感器可分為3類，即極距變化型、面積變化型和介質變化型電容傳感器。
2019-11-08 12:01:12
電容式傳感器的應用_電容式傳感器測量電路
電容式傳感器具有結構簡單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動態響應特性好等優點，廣泛用于壓力、位移、加速度、厚度、振動、液位等測量中。
2019-09-11 09:40:49
電容式傳感器和電感式傳感器有什么區別
電容式傳感器可以分為變間距，變面積和變介質類型。總的來講，可以用于更多被測材質。而電感式傳感器只能用于金屬被測物體。另一個層面，電容傳感器需要確保被測環境沒有污染，如灰塵，油污和水，應為這些因素會改變介電常數，從而改變測量結果。
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電容式傳感器的工作原理與分類_電容式傳感器的幾種基本形式
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量或機械量轉換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方面的測量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
2019-09-11 09:15:30
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）以及步驟2中的原理圖設計部分。第2部分，我們將介紹將機械按鍵替換成電容式感應按鍵時所需的設計布局。此外，我們還將舉一個應用實例。 步驟2：布局： 對于電容式傳感器設計方案而言，布局非常重要，因為傳感器很容易受外部噪聲影響。每個布局都
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2018-01-22 13:58:44
電容式傳感器的分類、優缺點和電容式傳感器的測量轉換電路
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量或機械量轉換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方面的測量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
2017-06-05 17:23:03
電容式傳感器的工作原理、結構類型及其應用與注意事項
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量或機械量轉換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方面的測量。
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電容式與熱式MEMS傳感器的部分差異
對于電容式和熱式MEMS傳感器來說，兩種技術最大的區別在于其不同的傳感技術。
2016-06-13 02:27:00
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描述
電容式傳感器的應用
電容式傳感器具有結構簡單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動態響應特性好等優點，廣泛用于壓力、位移、加速度、厚度、振動、液位等測量中。但在使用中要注意以下幾個方面對測量結果的影響：①減小環境溫度、濕度變化（可能引起某些介質的介電常數或極板的幾何尺寸、相對位置發生變化）；②減小邊緣效應；③減少寄生電容；④使用屏蔽電極并接地（對敏感電極的電場起保護作用，與外電場隔離）；⑤注意漏電阻、激勵頻率和極板支架材料的絕緣性。
電容式傳感器應用中的注意事項
（1）克服寄生電容的影響
電容式傳感器由于受結構與尺寸的限制，其電容量都很小（pF到幾十pF），屬于小功率、高阻抗器件，因此極易外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且具有隨機性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯，嚴重影響感器的輸出特性，甚至會淹沒有用信號而不能使用。消滅寄生電容影響，是電容式傳感器實用的關鍵。
（2）克服邊緣效應的影響
實際上當極板厚度h與極距δ之比相對較大時，邊緣效
應的影響就不能忽略；邊緣效應不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產生非線性。
（3）克服靜電引力的影響
電容式傳感器兩極板間因存在靜電場，而作用有靜電引力或力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數、極間距離有關。通常這種靜電引力很小，但在采用推動力很小的彈性敏感元件情況下，須考慮因靜電引力造成的測量誤差。
（4）溫度影響
環境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對被測輸入量的單值函數關系，從而引入溫度干擾誤差。溫度影響主要包括溫度對結構尺寸和對介質的影響兩方面。
電容式傳感器的測量轉換電路
目前較常采用的有電橋電路、調頻電路、脈沖調寬電路和運算放大器式電路等，這里只介紹電橋電路和運算放大器電路。
一、 電橋電路
將電容傳感器接入交流電橋作為電橋的一個或兩個相鄰臂，另外兩臂可以是電阻、電容或電感，也可以是變壓器的兩個次級線圈，如圖1所示。
在圖1a單臂接法電橋電路中，電容c1、c2、c3、cx構成電橋的四臂，cx為電容傳感器，當cx改變時，u0≠0，有輸出電壓。
在圖1 b差動接法電橋電路中，其輸出電壓可用下式表示：
由于電橋輸出電壓與電壓成比例，因此要求電源電壓波動極小，需要采用穩幅、穩頻等措施。因此，在實際應用中，接有電容傳感器的交流電橋輸出阻抗很高（一般達幾兆歐至幾十兆歐），輸出電壓幅值又小，所以必須后接高輸入阻抗放大器將信號放大后才能測量。
由電橋電路組成的系統原理框圖如圖2所示。
二、調頻電路
將電容傳感器接入高頻振蕩器的lc諧振回路中，作為回路的一部分。當被測量變化使傳感器電容改變時，振蕩器的振蕩頻率隨之改變，即振蕩器頻率受傳感器電容所調制。其電路組成原理框圖如圖3所示。
特點：
轉換電路生成頻率信號，可遠距離傳輸不受干擾。
具有較高的靈敏度，可以測量高至0.01μm級位移變化量。
但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉換）轉化為電壓信號后，進行補償。
三、運算放大器式電路
將電容傳感器接入開環放大倍數為a的運算放大電路中，作為電路的反饋組件，如圖4所示。圖中u是交流電源電壓，c是固定電容，cx是傳感器電容，uo是輸出信號電壓。
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1．電橋電路（電幅電路）
將電容式傳感器接入交流電橋作為電橋的一個臂（另一個臂為固定電容）或兩個相鄰臂，另兩個臂可以是電阻、電容或電感，也可以是變壓器的兩個二次線圈，則可進行轉換測量。為電容式傳感器構成交流電橋的一些形式。
單邊式電容傳感器的電容，是與它匹配的電容，其值與傳感器初始電容相等。為差動式傳感器的兩個電容。電橋電源電壓，為電橋的輸出電壓．夏為變壓器次變化使傳感器電容量隨之改變，電橋失去平衡，其不平衡輸出電壓幅值與被測量的變化有關因此通過電橋電路可將電容量的變化轉換成電量的變化。
從電橋靈敏度考慮，在實際電橋電路中，還應附加有零點平衡調節、靈敏度調節等環節。
變壓器式電橋有兩臂是電源變壓器次級線圈，另兩臂為傳感器的兩個電容，使用元件最少，橋路內阻最小．因此日前較多采用。
電容電橋的主要特點有：①電橋輸出調幅波，其幅值與被測量成比例，因此電橋電路又稱為調幅電路；②輸出電壓與電源電壓成比例，因此要求電源采用穩幅穩領等措施；③傳感器必須工作在平衡位置附近，否則電橋非線性增大，在要求精度高的場合（如飛機用油量表）應采用自動平衡電橋：④輸出阻抗很高（一般達幾兆歐至幾十兆歐），輸出電壓低，必須后接高輸入阻抗、高放大倍數的處理電路，
2．調頻電路
電容式傳感器還可利用諧振式調頻電路，主要區別在于此時電感固定而電容隨被測量的變化而變化。
調頻測量電路是將傳感器電容電感元件，再配合放大器構成一個振蕩器諧振電路。當電容傳感器工作時，輸人員導致電容量發生變化，振蕩器的振蕩頻率就發生變化．將頻率的變化通過獎頻電路變換為振幅的變化，再經放大后，就討用儀表指示或記錄儀器記錄下來。
調頻接收系統可分為直故式調頻利外差式調頻兩種類型。外差式調頻線路比較復雜，但性能遠優于且放式調頻電路，其主要優點是選樣性高、特性穩定、抗干擾能力強。
3．差動脈沖調寬電路
差動脈沖調寬電路也稱為差動脈寬（脈沖寬度）調制電路，它是利用對傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化。通過低通濾波器就能得到對應被測量變化的直流信號，為差動式傳感器的兩個電容，若用單組式．則其中一個為固定電容，當電源確定后，電橋的輸出與T形網絡中的傳感器電容的差值有關。可見差動脈沖調寬電路能適用于任何差動式電容式傳感器，其輸出與變化量的關系具有理論上的線性持性：這是f分可貴的性質：在此指出：具有這個持性的電容測量電路還有差動變壓器式電密電橋和由二極管T形電路經改進得到的二極管環形檢波電路等。
差動脈沖調寬電路采用直流電源．其電壓穩定度高，不存在穩領、波形純度的要求．也不需要相敏檢波與解調等。對元件也沒有線性要求。
4．運算放大器式電路
由于運算放大器的放大倍數非常大，而且輸入阻抗很高，所以，以作為電容式傳感器比較理想的測量電路。該電路的最大特點是能夠克服變極服型電容式傳感器的非線性，使輸出信號與輸人的機械位移呈線性關系。是傳感器電容，是出走電容川，是輸出電壓信號出運算放大器工作原理可知：運算放大器式電路原理因，式中負號表明輸出電壓與電源電壓反相。顯然，輸出電壓與電容極板間距成線性關系，即從原理上保證了變極歷型電棄式傳感器的線性。理想放大器開環放大倍數，輸入阻抗石，因此存在一定的非線性誤差，但一般和石足夠大，所以這種誤差很小。
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摘 要：首先介紹了將電容轉換為與其值成正比的直流電壓信號（C/U轉換）或時間信號（C/t轉換）的幾種方法，接著重點分析了一種利用容抗法實現的C/U轉換電路，并給出了具體參數。最后簡單闡述了在生產科研活動中如何利用低功耗電容式傳感器的電容轉換電路對一些非電量進行測量。
關鍵詞：電容；傳感器；轉換；測量
在生產科研活動中，經常要對溫度、壓力等非電量進行測量，使得現代傳感器技術有了飛速的發展。電容式傳感器的檢測元件可將被測非電量變換為電容量，然后通過對電容值的測量得到相應的非電量的值。由此可見對電容值進行測量是有實際意義的。在數字化測量技術中，為實現對電容所測值進行數字顯示，通常是將被測電容Cx先轉換成與其成正比的直流電壓信號（稱C/U轉換）或時間信號（稱C/t轉換）。這里介紹一些具體的轉換方法，并詳細討論一個典型的C/U轉換電路。
1、測量電容的幾種轉換方法
⑴ 充電法測電容
圖1是這種方法的原理圖。集成運放反向輸入端所加的基準電壓Ur經電阻R對被測電容Cx進行充電，當輸出電壓Uo達到預先設定的額定值時就停止充電。在Ur和R為定值的情況下，顯然充電時間t的長短與Cx成正比。由圖1可寫出其關系式：
只要測出時間t的大小，就可得知Cx的值。利用這種C/t的轉換方法測電容，其可測范圍為10μf-999.9μf。
⑵ 充放電法測電容
圖2是這種方法的原理圖之一，它由窗口比較器對電容的充放電進行控制。基準Ur先對Cx進行充電，當兩端電壓達到額定值時就對地放電，當電容兩端電壓降低到一個額定值時再次充電。Cx如此反復的充放電，就形成一個周期為T的震蕩電壓波形，T值與Cx成正比，因此通過測量時間T的大小就可得知Cx的值。這種通過C/t轉換測量電容若配上單片機電容量的分辯率可達（0.5-1）×10-3乘以電容滿度值，可測范圍為0-200μF。
和上述方法相似的另一種測量方式是稱為換向式的測量法，它也是先充電后放電，但放電到-Ur為止通過測量放電的持續時間Td得知Cx的大小，這種方法的優點是對充電電源及放大器參數要求不嚴格，測量誤差小，分辨力可達0.1pF，能滿足電容傳感器的要求。
⑶ 脈寬調制法測電容
圖3是這種方法的原理圖。它是在如圖所示的單穩態觸發器的觸發端輸入一個脈寬為tw，周期為T的矩形波，在閾值為TH加被測電容Cx。通過Cx充放電在輸出端得到一個周期仍為T，但脈寬tw即占空比q=tw/T隨Cx成比例變化的矩形波（所以稱為脈寬調制）。如果能設法測出tw的值，則Cx也可得，這顯然也屬于用C/t轉換法測電容。由于q隨C/x改變是輸出的矩形波電壓平均值Uo值隨之而變，即表明Cx與Uo成正比，所以只要能Uo并測出它的數值，就可以得出Cx的值，顯然這屬于通過C/U轉換測電容。脈寬調制法測電容的范圍為0-20μF，最高分辨別率為1μF，它的缺點是測量前都要手動調零，從而延長了測量時間。
⑷ 容抗法測電容
圖4是這種方法的原理電路圖。運放處于線性工作，Ui是幅度及頻率fo均恒定的正弦測試信號。電容中通過正弦交流信號時，其容抗為Xc=1/（2πfoCx），當fo恒定時，Xc與Cx成反比。
2、按容抗法實現的C/U轉換電路的設計與分析
根據容抗法測量原理，為實現C/U轉換，必須有正弦信號發生器，C/ACU轉換電路，AC/DC轉換電路，濾波器及輔助電路等。
由集成運放N1，電阻R1-R5和C1-C2組成RC橋式振蕩器，其中C1R1和C2R2組成RC串并聯網絡，R3R4R5組成負反饋網絡，通過調整R3R4R5 的值使略大于3滿足起振的條件，即R4+R5>2R3。運放N2是一級反向輸入的緩沖放大器，其電壓增益為A=-（R7+RP1）/R6其中RP1為校準電位器，調節RP1可改變N2的電壓增益。由運放N3、電阻RS和電容Cx組成測量電容的主電路，其功能是實現C/ACU的轉換。由運放N4、電阻R9- R11和電容C3- C4組成二階有源帶通濾波器，其中心頻率fo=400HZ因此有源帶通濾波器只允許400HZ信號通過，這樣就得到一個純正的400HZ的正弦波。由集成運放N5、二極管VD3-VD5電阻R13- R16和，電位器RP2和電容C5- C8組成精密整流電路，電路中的R12是N5的同向端輸入電阻，R13、 R14為負反饋電阻可將N5偏置在線性放大區并控制運放的增益。
3、電容式傳感器的應用
電容式傳感器的檢測元件將被測非電量變換為電容量變化后，用測量線路（C/U轉換電路）把電容容量的變化變換為電壓，再通過電壓與電容的關系得出非電量的值。可應用在測氣體的濃度、油箱油量、導電液體液位等等。
這種電容式轉換電路具有線性度好、準確度高、電路簡單、成本小、功耗低等特點可應用于一些小型、便攜式裝置中。例如數字萬用表就是利用容抗法實現C/U轉換輸出平均值電壓再配以高分辯率的液晶A/D轉換器把模擬量轉換成數字量來測量電容的。
參考文獻：
[1]沙占友等.數字萬用表應用技巧 .北京：國防工業出版社，1997
[2]張捷賢.關于C/U轉換電路的探討.沈陽工業大學學報 ，1999
[3]陳煒煒.電容式傳感器方案比較與設計要點[J].科技風. 2008（12）
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