物聯網傳感技術——電容式傳感器

電容式傳感器

• 電容式傳感器不但應用到位移、振動、角度、加速度等機械量的精密測量，而且還逐步擴大到用於壓力、壓差、液位、物位或成分含量等方面的測量。
• 主要特點：
  （1）小功率、高阻抗。
  （2）小的靜電引力和良好的動態特性。
  （3）與電阻式傳感器相比，電容式傳感器本身發熱影響小。
  （4）可以進行 非接觸測量。
  （5）結構簡單，適應性強，可在溫度變化較大或者具有各種輻射的惡劣環境中工作。
• 主要缺點：
  （1）輸出具有 非線性。
  （2）寄生電容 的影響往往降低傳感器的靈敏度和精度。

1. 工作原理與分類

• 基本工作原理：
  只要被測物理量的變化能使電容器中 任意一個參數 產生相應改變而 引起電容變化，再通過一定的測量線路將其轉換爲有用的 電信號輸出，即可根據這種輸出信號大小來判定被測物理量的大小。

• 分類：
  （1）變間隙式 ，一般用來測量微小的線位移（小至0.01微米~零點幾毫米）
  
  （2）變面積式， 一般用於測量角位移（從一角秒至幾十度）或較大的線位移
  
  
  （3）變介電常數式， 用於固體或液體的物位測量，也用於測定各種介質的溼度、密度等狀態參數。
  

2. 主要特性

2.1 特性曲線、靈敏度、非線性

（1）分析變間隙式

（2）變面積式

（3）變介電常數式

注：另外一種變介電常數的電容式傳感器

2.2 高阻抗、小功率

• 怎樣減小阻抗？？

• “漏電阻” 的概念？？

2.3 寄生電容的干擾及防止

• 定義？？
  在任何兩個導體之間均可構成電容聯繫，因此電容式傳感器除了極板間的電容外，極板還可能與 周圍 物體（包括儀器中各種元件甚至人體）產生電容聯繫。這種附加的電容聯繫，稱之爲寄生電容。

• 解決辦法？？

3. 電容式傳感器的應用

3.1 電容式壓差傳感器

這種傳感器的最大特點是承受過壓能力極強，特別適用於管道中絕對壓力很高但壓差很小的所謂 “高線壓低壓差” 的情況。
該傳感器精度高、耐振動、耐衝擊、可靠性高、壽命長、但製造工藝要求很高，尤其是張緊膜片的焊接是一工藝難題。

3.2 電容式液位傳感器

3.3 電容式位移傳感器

高靈敏度電容位移傳感器採用 非接觸方式 精確測量微位移和振動幅度。

4. 習題