[工學(xué)]電容式傳感器-展示頁
2025-02-25 15:29本頁面
【正文】 可見 , 電容的變化與電介質(zhì) εr2的移動量 L呈線性關(guān)系。 L—— 第二種介質(zhì)進入極板間的長度 。 圖中兩平行電極固定不動 , 極距為 d0, 相對介電常數(shù)為 εr2的電介質(zhì)以不同厚度插入電容器中 , 從而改變兩種介質(zhì)的厚度 。 其中半徑為 r的電容器電容： C=?02?rl/dr 總電容： ?Dd rldr?? 210 , 可以用來測量紙張 , 絕緣薄膜等的厚度 , 也可用來測量糧食 、 紡織品 、 木材或煤等非導(dǎo)電固體介質(zhì)的濕度 。 C0—— 由變換器的基本尺寸決定的初始電容值 , C0= 由式可見 , 此變換器的電容增量正比于被測液位高度 h。 ? 當(dāng)覆蓋面積對應(yīng)的中心角為 a、極板半徑為 r時，覆蓋面積為 s=ar2/2，電容量為 ： ? 其靈敏度為： ???220 arcr?常數(shù)?? ??? 220 rdadC 三 、 變介質(zhì)型電容式傳感器 高低的結(jié)構(gòu)原理圖 。 線位移型電容式傳感器主要分為： 平面 線位移型和 圓柱 線位移型兩種。 一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在 20100pF之間 , 極板間距離在 25200μm的范圍內(nèi) , 最大位移應(yīng)小于間距的1/10, 故在微位移測量中應(yīng)用最廣 。 因此有了云母片 , 極板間起始距離可大大減小 。 dg— 云母片的厚度。 ε0—— 空氣的介電常數(shù) , ε0= 1。 但 d0過小 , 容易引起電容器擊穿或短路 。 此時 ΔC與 Δd近似呈線性關(guān)系 , 所以變極距型電容式傳感器只有在 Δd/d0很小時 , 才有近似的線性輸出 。 因此 , 電容式傳感器可分為 變極距型 、變面積型 和 變介質(zhì)型 三種類型 。 圖 4 1 平板電容器 ? S ? 當(dāng)被測參數(shù)變化使得式中的 S、 d或 ε發(fā)生變化時 , 電容量 C也隨之變化 。 S—— 兩平行板所覆蓋的面積 。 ４ .1 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu) ４ .2 電容式傳感器的靈敏度及非線性 ４ .3 電容式傳感器的特點及設(shè)計要點 4 .4 4 .4 電容式傳感器的應(yīng)用 ４ .1 電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu) 由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器 , 如果不考慮邊緣效應(yīng) , 其電容量為 dSc ??式中 : ε—— 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù) , ε =ε0 ?指紋識別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)。當(dāng)用戶的手指放在上面時，金屬導(dǎo)體陣列 /絕緣物 /皮膚就構(gòu)成了相應(yīng)的小電容器陣列。 我們先來看幾個例子，來體會一下將非電量轉(zhuǎn)化為電容值的變化。第四章 電容式傳感器 電容式傳感器是將被測量（如尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容變化量的一種傳感器。實際上 ,它本身（或和被測物）就是一個 可變電容器 。 實例：指紋識別傳感器 圖為 IBM ThinkpadT42/T43 的指紋識別傳感器 ? 指紋識別所需電容傳感器包含一個大約有數(shù)萬個金屬導(dǎo)體的陣列，其外面是一層絕緣的表面。它們的電容值隨著脊（近的）和溝（遠的）與金屬導(dǎo)體之間的距離不同而變化。 ?下圖為指紋經(jīng)過處 理后的成像圖： 優(yōu)點：體積小、成本低、成像精度高、耗電量很小，因此非常適合在消費類電子產(chǎn)品中使用。εr, 其中 ε0為真空介電常數(shù) , εr為極板間介質(zhì)相對介電常數(shù) 。 d—— 兩平行板之間的距離。 如果保持其中兩個參數(shù)不變 , 而僅改變其中一個參數(shù) , 就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化 , 通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出 。 一 、 變極距型電容傳感器 當(dāng)傳感器的 ε r和 S為常數(shù) , 初始極距為 d0時 , 可知其初始電容量 C0為 000 dSc r??? 若電容器極板間距離由初始值 d0縮小 Δd, 電容量增大 ΔC, 則有 ddddCdddCC?????????100 可知 , 傳感器的輸出特性 C =f(d)不是線性關(guān)系 , 而是雙曲線關(guān)系 。 另外 , 在 d0較小時 , 對于同樣的 Δd變化所引起的 ΔC可以增大 , 從而使傳感器靈敏度提高 。 為此 , 極板間可采用高介電常數(shù)的材料 （ 云母 、 塑料膜等 ） 作介質(zhì) , 此時電容 C 000 ???ddScgg ?? 式中 : εg—— 云母的相對介電常數(shù) , εg= 7。 d0—— 空氣隙
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