第4章電容式傳感器傳感器原理與應(yīng)用主要內(nèi)容：

4.1電容傳感器工作原理

4.2電容傳感器輸出特性

4.3電容傳感器測量電路

4.4電容式傳感器的應(yīng)用舉例傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器概述傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

傳統(tǒng)電容式傳感器主要用于位移、角度、振動、加速度等機械量精密測量。

現(xiàn)代電容式傳感器逐漸應(yīng)用于壓力、壓差、液面、成份含量等方面的測量。

應(yīng)用實例（電容測深度、角度）角度測量液位測量傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

電容式接近開關(guān)銀行ATM專用人體接近傳感器是一種用于檢測人體接近的控制器件,可準(zhǔn)確探知附近人物的靠近，是目前作為防盜報警和狀態(tài)檢測的最佳選擇。采用微電路芯片作程控處理，具有較高探測靈敏度和觸發(fā)可靠性，探測與控制合二為一，守候功耗低，開關(guān)信號輸出，直接觸發(fā)報警錄像。探測人體接近距離遠近可調(diào)，可調(diào)節(jié)半徑為(約)0-5米。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

電容式觸摸板(屏)及按鍵對觸摸屏性能影響最為深遠的技術(shù)改變要算是從電阻式轉(zhuǎn)移至電容式觸摸屏技術(shù)。2011年后觸摸屏手機逐漸由電阻式轉(zhuǎn)移至電容式觸摸屏。

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

如何區(qū)分電容屏屏幕手機和電阻屏屏幕手機

方法一：支持多點觸摸的是電容屏手機。（由于多點觸摸需要系統(tǒng)軟件的支持，所以不支持多點觸摸的也有可能還是電容屏。方法二：有觸摸筆的必定是是電阻屏手機方法三：用指甲可以觸控的是電阻屏手機。

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

如何區(qū)分電容屏屏幕手機和電阻屏屏幕手機

電容屏觸控工作方式：其觸摸屏由一塊四層復(fù)合玻璃屏構(gòu)成，并在表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在觸摸屏上時，由于人體電場和觸摸屏表面形成以一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分別從觸摸屏四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置信息。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

如何區(qū)分電容屏屏幕手機和電阻屏屏幕手機

電阻屏觸控工作方式：電阻觸摸屏的屏體是一塊多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機玻璃作為基層，表面涂有一層導(dǎo)電層膜玻璃(ITO膜)，上面再蓋有一層經(jīng)過硬化處理、光滑防刮的塑料層。它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細小(小于千分之一英寸)的透明隔離點把它們隔開。當(dāng)手指接觸屏幕時，兩層ITO發(fā)生接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個方向上產(chǎn)生信號，控制器根據(jù)檢測到的電阻變化來計算接觸點的XY坐標(biāo)，再依照這個坐標(biāo)來進行相應(yīng)的操作；因此這種技術(shù)必須是要使用硬物施力到屏幕上，

才能獲得觸控效果。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容式壓力變送器電容式差壓傳感器電容式接近開關(guān)

電容式傳感器的特點電容器容量小(幾十～幾百微法)，輸出阻抗高;

極板靜電引力小，工作所需作用力很??；可動質(zhì)量小，固有頻率高，動態(tài)響應(yīng)特性好；功率小，本身發(fā)熱影響?。豢梢赃M行非接觸測量。第4章

電容式傳感器4.1電容傳感器工作原理傳感器原理及應(yīng)用

電容式傳感器是將被測非電量變化成電容量的變化。電容傳感器工作原理可以用平板電容說明：X第4章

電容式傳感器4.1電容傳感器工作原理和類型傳感器原理及應(yīng)用改變式中S—極板面積，稱變面積型電容傳感器

—極板距離，稱變極距型電容傳感器

—介電常數(shù)，稱變介質(zhì)型電容傳感器其中：

—真空介電常數(shù)

—空氣介質(zhì)的相對介電常數(shù)近似為電容式傳感器極距型面積型介質(zhì)型傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器變極距型電容傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器變面積型電容傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器變介質(zhì)型電容傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器當(dāng)分母<<1時，用泰勒級數(shù)展開

初始電容，極距減小△δ

時，電容量增加△C4.2電容傳感器輸出特性

1.變極距型（δ）傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器1.變極距型（δ）做線性處理(忽略高次項)后，電容相對變化量與電容極板的極距變化成正比

定義電容傳感器靈敏度為第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用變極距型電容傳感器靈敏度與初始極距有關(guān)要提高傳感器靈敏度k0

應(yīng)減小初始極距，但初始極距受電容擊穿電壓限制；另外，初始極距與靈敏度相矛盾，變極距型電容傳感器適合測小位移；非線性誤差隨相對的位移的增加而增加，為保證線性度應(yīng)限制相對位移，限制了測量范圍；為提高靈敏度和改善非線性，一般采用差動結(jié)構(gòu)。

討論：4.2電容傳感器輸出特性傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

差動結(jié)構(gòu)的電容特征方程式為：

差動結(jié)構(gòu)的平板電容

設(shè)電容的動極板移動時C1增加，C2減小，且△C1=△C2

電容的總的變化量傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容相對變化量忽略高次項，電容相對變化量為

傳感器（差動式）靈敏度

相對非線性誤差為

差動式電容傳感器比單個電容靈敏度提高一倍；非線性誤差減小（多乘因子）。

結(jié)論：

差動結(jié)構(gòu)的平板電容

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器2.變面積型（S）

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器平板電容的初始電容值為

電容的相對變化量與位移成正比

平板變面積型電容傳感器靈敏度

當(dāng)動極板移動Δx后，兩極板間電容量為2.變面積型（S）

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

（平板）變面積式電容傳感器靈敏度k0為常數(shù)；討論：輸出特性為線性關(guān)系適合大位移測量可實現(xiàn)直線位移、角位移測量。第4章

電容式傳感器3.變介電常數(shù)式（ε）傳感器原理及應(yīng)用

變介電常數(shù)式電容傳感器與傳感器結(jié)構(gòu)有關(guān)，

分以下幾種情況：測介質(zhì)厚度

(紙張、薄膜厚度）_圖a

測介質(zhì)位移（介質(zhì)位置變化）_圖b

測介質(zhì)材料（介電常數(shù)，如介質(zhì)材料、液位)_圖c

測溫、濕度、容量（糧倉、木材濕度）_圖d第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用

測厚度電容與介質(zhì)參數(shù)之間關(guān)系與極距的幾何尺寸有關(guān)：介電常數(shù)包括被測介質(zhì)和空氣介質(zhì)介質(zhì)不變，極板面積S和極距δ一定，改變介質(zhì)厚度d，可設(shè)計為測厚儀器；

測量介質(zhì)（ε）

，可設(shè)計為介電常數(shù)的測試儀器；第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用測位移介質(zhì)的厚度和材料不變，電容與介質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系與介質(zhì)在極板中的位置有關(guān)：式中：a、b

分別為平板電容的邊長

測介電常數(shù)ε（液位檢測）

通常根據(jù)容器的形狀計算無介質(zhì)時，容器C0為傳感器靜電容，中心檢測電極為電容器的一個極板，外側(cè)（或容器罐）是電容器的另一個極板。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

燃油增加，hx增大，△C也增大；燃油減少，hx減少，△C也減小。

通過測量電容的大小就能知道油量的多少。

測液位——油量測量傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

測液位測量管道液位高度傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

測液位4.3測量電路

1)電容傳感器的等效電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容傳感器的等效電路包括:

傳感器電容C0

；A、B兩端導(dǎo)線分布電容Cp，Cp>C0。傳輸線的電感L0、電阻R（?。粯O板等效漏電阻Rg；

低頻時容抗Xc=1/ωC大，L、R可忽略；

高頻時容抗Xc

小，L、R不可忽略；工作頻率10MHz以上要考慮電纜電感L的影響，這時相當(dāng)有一LC串聯(lián)電路，有一個諧振頻率f0，當(dāng)f=f0時串聯(lián)諧振阻抗最小，系統(tǒng)無法工作。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器解決的方法:屏蔽電容轉(zhuǎn)換元件，消除靜電場和交變磁場；前級緊靠轉(zhuǎn)換元件裝在同一殼體內(nèi)避免信號長距離傳輸；驅(qū)動電纜技術(shù)，連接電纜采用雙層屏蔽，內(nèi)屏蔽與被屏蔽的導(dǎo)線的電位相同，（跟隨器）使傳輸電纜與內(nèi)屏蔽層等電位，屏蔽線上有隨傳感器信號變化的電壓（所以稱驅(qū)動電纜），從而消除芯線對內(nèi)層屏蔽層的容性漏電減小寄生電容的影響。內(nèi)外屏蔽之間的電容是放大器負載。驅(qū)動電纜技術(shù)是一種等電位屏蔽方法。這一方法可在10m距離不影響傳感器性能，保證電容1pF時也能正常工作。提高電容傳感器穩(wěn)定性。電容傳感器中電容值變化都很微小，必須通過測量電路將電容變化轉(zhuǎn)換為電流、電壓、頻率的變化。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器變壓器式交流電橋測量系統(tǒng)電容傳感器為兩個橋臂為差動形式代入：4.3測量電路

2)電橋電路交流電橋的輸出電壓為第4章

電容式傳感器2)電橋電路

傳感器原理及應(yīng)用

將上式帶入后，輸出電壓與位移變化成理想線性關(guān)系極板在中間位置時動片上移時兩電容分別變化為傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器交流電橋的多種形式第4章

電容式傳感器3)二極管雙T型電路

傳感器原理及應(yīng)用

UE

高頻對稱方波電源，D1、D2

二極管，特性相同；

C1、C2傳感器差動電容；R1、R2

為固定電阻，RL負載。一個周期內(nèi)RL上的平值電壓為

一個周期內(nèi)負載RL上輸出電壓URL與電容的差值(C1-C2)成正比。

式中：M為常數(shù)；

UE、

f為電源電壓幅值和頻率。

第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用

工作原理分析

t>0電路接通，C1充電至UC1=UE

；雙T型電路動畫

3）二極管雙T型電路

負載上電流：IL’=I1’（放電）+I2’（電源）

t=t2

，UE正半周，D1導(dǎo)通，D2截止

C1=C2時IL=IL’大小相等方向相反

一個周期內(nèi)負載電阻上電壓平均值為

t=t1

，UE負半周，D1截止，D2導(dǎo)通

負載上電流：IL=I1（電源）+I2（放電）4）差動脈沖調(diào)寬電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電路原理框圖電路組成

A1、A2比較器；FF雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作輸出;VD1、VD2與電阻R1、R2組成充放電回路；Uf參考直流電壓，與C、D電壓比較;電容Cx1、Cx2為傳感器差動電容。傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器波形圖

C1=C2，UC、UD放電時間相同，輸出平均電壓U0=0；

C1≠C2，輸出平均電壓U0≠0，若C1＞C2，輸出A、B兩點的平均值等于UA、UB之差。雙穩(wěn)態(tài)的兩個輸出端各產(chǎn)生一調(diào)制脈沖，脈沖寬度受C1、C2調(diào)制。輸出為兩端之差：低通輸出式中：U1為觸發(fā)器輸出高電平值4）差動脈沖調(diào)寬電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器4）差動脈沖調(diào)寬電路

T=RC

若R1=R2輸出電壓與兩個傳感器電容的差值成正比變面積型，輸出與兩電容的面積差值成正比變極距型，輸出與兩電容的極距差值成正比

輸出電壓與兩個充放電回路時間常數(shù)的差成正比5）運算放大器式電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

C0固定電容，Cx傳感器電容，設(shè)K為理想運放，a為虛地；設(shè)開環(huán)放大器有高的輸入阻抗輸入輸出

對于單極板平板電容器傳感器，輸出電壓U0與機械位移δ成線性關(guān)系，解決了單電容的非線性關(guān)系問題。

輸出6）調(diào)頻電路

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器諧振曲線調(diào)頻測量電路把電容傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分，當(dāng)輸入被測信號使電容發(fā)生變化時，振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化。由于系統(tǒng)是非線性的，必須加入鑒頻器將頻率變化轉(zhuǎn)化換為電壓的變化。第4章

電容式傳感器4.4電容式傳感器的應(yīng)用舉例傳感器原理及應(yīng)用

結(jié)構(gòu)：球型、平面型差動電容傳感器電容傳感器盒膜片結(jié)構(gòu)凸玻璃圓片彈性膜片(動電極)固定電極PP彈性膜片(動電極)固定電極

1）電容式壓力傳感器第4章

電容式傳感器1）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用球型結(jié)構(gòu)：金屬彈性膜片—動片（測量膜）；兩個玻璃球面上鍍有金屬—定片；膜片左右兩側(cè)充滿硅油。

工作過程：兩室分別承受低壓PL和高壓PH，硅油能將壓差傳遞到測量膜片。電容傳感器盒膜片結(jié)構(gòu)第4章

電容式傳感器1）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用

當(dāng)PH=PL時C1=C2；膜片處于中間位置，

當(dāng)有差壓作用時，測量膜片產(chǎn)生形變：

PH>PL時，膜片向PL彎曲，C1<C2，

PH<PL時，膜片向PH彎曲，C1>C2；前極電路將這種電容變化通過電路轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡妷夯螂娏鞯淖兓?）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器工業(yè)生產(chǎn)自動控制中，膜片式壓力計是最常用的一種，電容膜片壓力傳感器分為：計示壓力計（表壓），絕對壓力計，壓差計。計示壓力計（表壓）以大氣為基準(zhǔn)，測管道、箱內(nèi)、罐中壓力計示壓力計（表壓）1）電容式壓力傳感器傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器絕對壓力計以絕對真空為基準(zhǔn)，測量蒸發(fā)罐、反應(yīng)罐中的壓力；壓差計測兩個壓力的差值絕對壓力計傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器傳感器基準(zhǔn)接大氣低壓閥高壓閥選通閥管道傳感器接真空低壓閥高壓閥管道反應(yīng)罐計示壓力計（表壓）

絕對壓力計

1）電容式壓力傳感器基準(zhǔn)2）電容板材在線測厚儀

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容測厚儀用于測量金屬帶材在軋制過程中的厚度變化帶材是電容的動極板，總電容C1+C2作為橋臂。帶材只是上下波動時Cx=C1+C2

總的電容量不變；帶材的厚度變化使電容Cx

變化。采用變壓器式輸出電橋電路。或用集成運放電路輸出與帶材厚度關(guān)系為：2）電容板材在線測厚儀

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器3）電容傳感器稱重、測振動位移、加速度

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器電容式稱重傳感器F絕緣材料定極板動極板極板支架彈性體在彈性鋼體上，高度相同處打一排孔，在孔內(nèi)形成一排平行的平板電容，當(dāng)稱重時，鋼體上端面受力，圓孔變形，每個孔中的電容極板間隙變小，其電容相應(yīng)增大。由于在電路上各電容是并聯(lián)的，因而輸出反映的結(jié)果是平均作用力的變化，測量誤差大大減小。配接調(diào)頻式電路，就會引起振蕩器的振蕩頻率變化，頻率信號經(jīng)計數(shù)、編碼，傳輸?shù)斤@示部分。

稱重3）電容傳感器稱重、測振動位移、加速度

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器測振動位移3）電容傳感器稱重、測振動位移、加速度

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器彈簧片定極板2質(zhì)量塊（動極板）定極板1絕緣體aC1C2m兩個固定極板間有一個用彈簧片支撐的質(zhì)量塊m，質(zhì)量塊的兩端面經(jīng)拋光后作為動極板；當(dāng)傳感器測量豎直方向的振動時，由于m的慣性作用，使其相對固定電極產(chǎn)生位移；兩個差動電容器C1和C2的電容發(fā)生相應(yīng)的變化，其中一個變大，另一個變小。

測加速度4）電容傳聲器原理傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器PC機上的麥克風(fēng)是一個電容傳聲器（Microphone）即話筒，音譯作麥克風(fēng)，由振動膜片、鋼性極板、電源和負載組成。當(dāng)膜片受到聲波的壓力，并隨著壓力的大小和頻率的不同而振動時，膜片極板之間的電容量就發(fā)生變化。與此同時極板上的電荷隨之變化，從而使電路中的電流也相應(yīng)變化，負載電阻上也就有相應(yīng)的電壓輸出，完成聲電轉(zhuǎn)換。4）電容傳聲器原理傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器計算機中一般使用的是駐極體電容傳聲器，工作原理和電容傳聲器相同，它采用一種聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后表面被永久地駐有極化電荷，從而取代了電容傳聲器的極板，故名為駐極體電容傳聲器。駐極體電容傳聲器大膜片電容傳聲器傳聲器目前使用的話筒大多是動圈式和電容式。電容傳聲器以振膜與后極板間的電容量變化通過前置放大器變換為輸出電壓。5）力平衡式加速度傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器力平衡式傳感器系統(tǒng)是先將被測量轉(zhuǎn)換成力或力矩,然后用反饋力與它平衡，可測加速度、角速度、壓力變量等。力平衡式傳感器屬慣性系統(tǒng)，是典型的二階機械系統(tǒng)，固有頻率ω和阻尼比ξ決定于慣性元件的阻尼系數(shù)和彈性系數(shù)，慣性元件的傳遞函數(shù)為：

5）力平衡式加速度傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器目前力平衡式傳感器系統(tǒng)主要應(yīng)用于超低頻、低加速度測量，是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵元件。因為加速度是物體唯一不依賴外部參照物的運動參量。在導(dǎo)彈的慣性系統(tǒng)平臺上，沿三個坐標(biāo)安裝三只力平衡系統(tǒng)式加速度傳感器，可分別測出三個軸向的加速度。通過積分器計算機求出三個軸向的速度和位移，確定運動物體在空間的坐標(biāo)位置，提供各種反饋控制信號。

YZX5）力平衡式加速度傳感器

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器力平衡式加速度傳感器結(jié)構(gòu)：M慣性元件、C1、C2位移傳感器、磁力矩器、電容動片固定在質(zhì)量塊上。

力矩器的反饋力產(chǎn)生與加速度有關(guān)的電流電壓

慣性力β-力矩器的機電偶合系數(shù)

工作原理：殼體加速度

當(dāng)Fx（慣性力）=Fβ（反饋力）時，位移y=0。電容的差值可反映位移的大小。6）電容式料位計

第4章

電容式傳感器

可用于水泥、化工、罐裝等檢測電極為電容的一個極板，罐子外殼為電容的另一個極。傳感器原理及應(yīng)用Dd檢測電路測定電極儲罐ε0ε1hxH第一項為傳感器靜電容為C0SDK射頻電容式物位開關(guān)由儀表和探極兩部分組成。利用被測物料的介電常數(shù)與空氣不同，當(dāng)倉內(nèi)物位發(fā)生變化時引起探極對倉壁間的電容量變化；且變化值超過設(shè)定值時，限位開關(guān)內(nèi)的繼電器動作，輸出一個開關(guān)量達到控制／報警的目的。

工業(yè)用電容式料位計射頻電容式物位限位開關(guān)幾種不同探極形式的限位開關(guān)工作原理兩個正對的金屬板形成了一個電容器。限位開關(guān)安裝于倉體上時，探極和倉壁分別相當(dāng)于電容器的兩個極板。電容量為

C=K·A·ε/d

其中：

Ｋ為系數(shù)

Ａ為極板面積

d

為極板間距離

ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)

dSDK儀表及顯示SDK測量電容是以頻率f為顯示在式C=K·A·ε/d中

K、A、d為常數(shù)，

C決定于ε的大小ε、Ｃ、f

關(guān)系為：ε↑、Ｃ↑、f↓報警點設(shè)置即動作頻率的設(shè)置

技術(shù)參數(shù)工作環(huán)境：相對濕度≤98%

溫度-10℃～60℃/-30℃～85℃；電源電壓：AC220（1±10%）V50HzDC24V功耗：≤3W輸出信號：繼電器接點輸出（觸點容量3A/250VAC或30VDC）輸出延時：內(nèi)部輸出延時1～3秒安裝結(jié)構(gòu)：一體化結(jié)構(gòu)防爆標(biāo)志：ExdⅡBT4過程連接：R1/R1.5管螺紋。電氣連接:G1/2第4章

電容式傳感器傳感器原理及應(yīng)用測量轉(zhuǎn)換電路安裝在探頭內(nèi)部液位檢測UQK系列浮球液位控制器當(dāng)液位達到高、低極限位置時，控制器輸出觸點開關(guān)信號，實現(xiàn)液位的報警或設(shè)備控制。自檢式液位控制器除具備上述功能外，還可在設(shè)備運行狀態(tài)下，對控制器進行自檢，以確?？刂破骷跋到y(tǒng)安全運行。

其他形式的料位計

傳感器原理及應(yīng)用第4章

電容式傳感器

伺服式液位計1、步進電機2、力傳感器3、測量鋼尺4、計量浮子5、機械傳動部件6、智能電路

基本組成部分

主要部件—計量浮子多功能浮子：用來感受介質(zhì)產(chǎn)生的浮力。根據(jù)需要在浮子內(nèi)裝入壓力傳感器、溫度傳感器、水位檢測器、超大規(guī)模集成電路、電容元件等；本浮子采用電容充電方式為檢測電路提供能量，每次通訊時由液位計對電容進行充電。根據(jù)需要與液位計無線通訊。工作原理—液位測量測得浮子在空氣中重力F空和在介質(zhì)中的浮力F油。計算設(shè)定值（F空－F油）/2

步進電機轉(zhuǎn)動使浮子到達設(shè)定值對應(yīng)的位置。通過測量鋼帶測出此位置的數(shù)值。

工作原理—密度測量采用浮子內(nèi)安裝的壓力變送器測量密度。

P=ρSL

P

某深度測得的壓力

S

接受壓力的面積

L

測量點深度浮子停在特定的位置并測量浮子的重量F油。知道浮子的體積V，在空氣中的重量F空，在此特定位置的相對密度就可以被計算出來。

ρ=（F空－F油）/V

工作原理—溫度、壓力測量液位計將浮子從液位提到復(fù)位點，浮子接收到讀綜合參數(shù)的命令后向液位計發(fā)送校驗正確命令，液位計根據(jù)預(yù)先約定在確定的時間內(nèi)浮子下降到固定高度。當(dāng)約定的時間到后，浮子內(nèi)CPU讀取一次壓力和溫度的數(shù)據(jù)并保存在內(nèi)存中。當(dāng)一次定時結(jié)束后浮子繼續(xù)下降到另一個位置，浮子內(nèi)CPU在預(yù)定的時間讀取第二個位置處的壓力和溫度數(shù)據(jù)。依次類推采集到10個（壓力和溫度）數(shù)據(jù)，采集完畢。根據(jù)采集并預(yù)存在液位計內(nèi)的10個點對應(yīng)位置的溫度和壓力，可以計算出平均溫度和平均密度

工作原理—界位測量液位計進入讀水位的操作，工作過程同讀溫度和壓力一致。讀完200個水位點的值后；根據(jù)200組浮子位置對應(yīng)的電導(dǎo)值，液位計分析出界面所在的位置。

自動計量系統(tǒng)內(nèi)浮頂罐安裝ZFLM-80伺服式液位計網(wǎng)絡(luò)圖1×RVVP2×2.51×RVVP2×0.54.5電容式集成傳感器

傳感器原理及應(yīng)用

第4章集成化智能傳感器硅電容式集成傳感器大體由壓力敏感電容器、轉(zhuǎn)換電路和輔助電路三部分組成；其中壓力敏感的電容器是核心部件，壓力敏感的電容器所傳感的電容量信號經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再由調(diào)理電路處理后輸出。從原理上講，電容式集成傳感器與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型電容傳感器沒有區(qū)別，只是集成式電容傳感器采用了集成工藝，特點是電容尺寸很小，并將電容器與信號處理電路集成在一起；傳感器原理及應(yīng)用硅梁芯片第4章集成化智能傳感器4.5電容式集成傳感器

傳感器原理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)：是在玻璃基底上鍍一層金屬鋁（AL）膜做電容器的一個極板，在硅（Si）片上是電容器的另一個極板，硅膜厚幾十微米。

硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)電容器電容量由兩個電容極板面積和間距決定，極板間介質(zhì)為空氣，當(dāng)硅膜片受力變形時電容的變化量△C與壓力差△P大小有關(guān)。組成：硅壓力敏感電容器、轉(zhuǎn)換電路、輔助電路；核心部分是敏感電容器，敏感元件是電容壓敏元件。4.5.1硅電容式集成傳感器第4章集成化智能傳感器1）硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)原理傳感器原理及應(yīng)用電容尺寸相同，分別為受力電容、參考電容，參考電容不受外力作用，補償溫度影響。當(dāng)硅膜片兩側(cè)有壓差存在受力變形時，電容兩極間距變化引起電容量變化,壓差與變形量呈線性關(guān)系。有溫度變化時兩個電容變化相同，。擴散硅電容器的靈敏度是結(jié)構(gòu)型電容傳感器靈敏度的10倍。壓力敏感的電容器所傳感的電容量信號經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再由調(diào)理電路處理后輸出。實際硅壓力敏感電容傳感器的工作原理是在一個硅膜上制作兩個圓形電容器。第4章集成化智能傳感器1）

硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)原理傳感器原理及應(yīng)用電路由交流激勵

Up驅(qū)動信號，再把壓敏電容的變化轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出；壓敏電容Cx由四個二極管隔離，使四個二極管之外的雜散電容不會對它發(fā)生影響。把Cx、C0、VD1～VD4集成在一起，構(gòu)成理想的電容式壓力敏感電路。

二極管檢波電路第4章集成化智能傳感器2.硅電容式集成傳感器內(nèi)部電路傳感器原理及應(yīng)用二極管檢波電路（集成在一起的電容壓力傳感器）第4章集成化智能傳感器2）

硅電容式集成傳感器內(nèi)部電路傳感器原理及應(yīng)用它由一變?nèi)輭毫鞲衅髟?、一個溫度傳感元件和一個界面電路(具有喚醒功能)組成，所有這三個元件都在單塊芯片中(如后圖所示)。MPXY8020A可與遙控車門開關(guān)(RKE)系統(tǒng)結(jié)合使用，提供一個高度集成的低成本系統(tǒng)。

胎壓監(jiān)測傳感器MPXY8020AMPXY8020A是一款高集成度產(chǎn)品第4章集成化智能傳感器3）硅電容式集成傳感器應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用胎壓監(jiān)測傳感器MPXY8020A內(nèi)部電路第4章集成化智能傳感器3）

硅電容式集成傳感器應(yīng)用7）智能型電容傳感器

傳感器原理及應(yīng)用正溫度系數(shù)溫度傳感器第4章集成化智能傳感器傳感器原理及應(yīng)用

胎壓監(jiān)測傳感器MPXY8020A是一款高集成度產(chǎn)品運動傳感器第4章集成化智能傳感器3）硅電容式集成傳感器應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用MEMS（微機電系統(tǒng)）是面向汽車安全應(yīng)用的傳感器技術(shù)的一個亮點。專家最新提出一個汽車“黑匣子”的概念，該“黑匣子”用以監(jiān)控汽車的速度、安全帶的使用狀況以及由于汽車急轉(zhuǎn)彎、急剎車、行駛不穩(wěn)定、異常減速和不安全倒車等原因造成的超重力行駛，為駕駛者提供指導(dǎo)和預(yù)警幫助。這些系統(tǒng)配有加速感應(yīng)器和回轉(zhuǎn)感應(yīng)器，采用MEMS技術(shù)以減小器件尺寸和成本，并獲得了市場的認可。預(yù)期未來所有汽車生產(chǎn)商都將會安裝某種形式的黑匣子，“黑匣子”的市場將遍及全世界。這必將導(dǎo)致MEMS傳感器和加速感應(yīng)器市場份額的急劇擴大。第4章集成化智能傳感器3）

硅電容式集成傳感器應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用由于指紋具有唯一性，使其成為個人身份識別的一種有效手段，將人的指紋采集下來輸入計算機進行自動指紋識別。指紋圖象的獲取有兩類方法:

一是使用墨水和紙的傳統(tǒng)方法；一種方法是利用設(shè)備取像,分為:

光學(xué)設(shè)備取像;

晶體傳感器取像;

超聲波取像。電容式指紋傳感器第4章集成化智能傳感器4.5.2新型電容式指紋傳感器

傳感器原理及應(yīng)用晶體指紋傳感器分為：

電容式；

壓感式；用它獲取的圖像質(zhì)量比較好，可以采用自動獲取控制技術(shù)和軟件調(diào)整的方法來改善圖像質(zhì)量。晶體傳感器的體積和功耗都比較小，成本也比光學(xué)設(shè)備低廉。

光學(xué)取像是使用CCD

器件來獲得指紋的圖像，其優(yōu)點是圖像效果較好，器件本身耐磨損，但缺點是成本高、體積大。指紋IC卡識別器第4章集成化智能傳感器4.5.2新型電容式指紋傳感器

傳感器原理及應(yīng)用每人的十指指紋都不相同，每個指紋一般都有70-150個基本特征點，在兩枚指紋中只要有12-13個特征點吻合，即可認定為同一指紋。而以此找出兩枚完全一樣的指紋需要120年，人類人口按60億計算，大概需要300年才可能出現(xiàn)重復(fù)的指紋。因此，想找到兩個完全相同的指紋幾乎是不可能的。指紋特征一般分為總體特征和局部特征。總體特征包括紋形、特征點的分類、方向、曲率、位置。由于每個特征點都有大約7個特征，十個手指具有最少4900個獨立可測量的特征。基于指紋的多樣性特征和不可復(fù)制性，每個指紋都具有唯一性，利用指紋進行身份認證，可完全杜絕鑰匙和IC卡被盜用或密碼被破解等導(dǎo)致他人非法進入的現(xiàn)象。

第4章集成化智能傳感器4.5.2新型電容式指紋傳感器

傳感器原理及應(yīng)用采集：指紋采集技術(shù)主要有光學(xué)采集、半導(dǎo)體采集、超聲波采集。半導(dǎo)體指紋采集技術(shù)（1998年近二十年時間）解碼：得到一幅指紋圖像后，要對圖像解碼，需要對圖像特征進行提取、分析，指紋基本特征就是如脊、谷和終點、分叉點或分歧點。平均每個指紋都有幾個獨一無二可測量的特征點，每個特征點都有大約七個特征，我們的十個手指產(chǎn)生最少4900個獨立可測量的特征點，足以確認指紋識別的可靠性。比對和匹配：當(dāng)指紋圖像的特征值被提取后，就可依照特征值與數(shù)據(jù)庫中存儲的指紋進行比對和匹配。如何對于殘缺圖像進行匹配以及傷疤等處理都要依賴于算法技術(shù)。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但需識別的數(shù)據(jù)量很大，對數(shù)據(jù)進行比對也不是簡單的等與不等，而是使用需要進行大量運算的模糊匹配算法。

指紋傳感器工作原理第4章集成化智能傳感器傳感器原理及應(yīng)用電容式指紋傳感器是由著名的貝爾實驗室聯(lián)合Intel公司投資幾十億美金，歷經(jīng)數(shù)十載才開發(fā)出來的，目前在國際晶體指紋傳感器市場上占主要份額。例如FPS110電容式指紋傳感器表面集合了300×300個電容器，其外面是絕緣表面，當(dāng)手指放在上面時，由皮膚組成電容陣列的另一面，電容器的電容值由于導(dǎo)體間的距離而降低，這里指的是指紋脊（近）和谷（遠）相對于另一極之間的距離。通過讀取充放電之后的電容差值來獲取指紋圖像。第4章集成化智能傳感器1）FPSxxx電容式指紋傳感器4.5.2新型電容式指紋傳感器

傳感器原理及應(yīng)用目前最常用的是電容式傳感器，也被稱為第二代指紋識別系統(tǒng)。它的優(yōu)點是體積小、成本低，成像精度高，而且耗電量很小，因此非常適合在消費類電子產(chǎn)品中使用。右圖為指紋經(jīng)過處理后的成像圖：第4章集成化智能傳感器1）FPSxxx電容式指紋傳感器傳感器原理及應(yīng)用指紋識別主要分為四個階段:讀取指紋、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對確認。首先，通過指紋識別器的讀取設(shè)備讀取指紋圖象。在獲取指紋圖象之后，識別芯片對圖象進行初步處理，使之更加清晰可辨。然后指紋辨識軟件建立指紋的“數(shù)字表示特征”數(shù)據(jù)，從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)。兩枚不同的指紋會產(chǎn)生不同的特征數(shù)據(jù)。第4章集成化智能傳感器1）FPSxxx電容式指紋傳感器傳感器原理及應(yīng)用FPS110傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝；尺寸為15×15mm2；分辨率為500DPI（一英寸面積上的像素多少，指掃描精度）FPS110提供8位微處理器相連的接口；內(nèi)置有8位高速A/D轉(zhuǎn)換器，可直接輸出8位灰度圖像。芯片功耗小于200mW；價格在600元以下。FPS110功能結(jié)構(gòu)框圖第4章集成化智能傳感器2）FPS110內(nèi)部結(jié)構(gòu)與接口電路指紋識別的筆記本電腦傳感器原理及應(yīng)用第4章集成化智能傳感器3）

指紋傳感器的應(yīng)用右圖所示為IBMThinkpadT42/T43的指紋識別傳感器。指紋識別的筆記本電腦傳感器原理及應(yīng)用第4章集成化智能傳感器3）指紋傳