电容性传感器电容式传感器

发布时间：2024-11-25 13:11:13

电容式传感器

1.原理：电容器的电容取决于极板的正对面积S、极板间距d以及极板间的电介质这几个因素，如果某一物理量如角度、位移、深度等变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，这样通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，有这种用途的电容器称为电容式传感器.

2、电容式传感器实例

（1）图甲中的电容式传感器可用于测定角度，其原理是动片旋进的角度不同时，电容器的正对面积不同，电容不同.

（2）图乙中的电容式传感器可用于测定液面深度，其原理是导电液体相当于电容器的一个极板，液体深度发生改变时，两极板的正对面积发生改变，电容也随之改变.

（3）图丙中的电容式传感器可用于测定压力，其原理是作用在可动电极的压力改变时，金属片的形变也发生改变，两极板间的距离发生改变，电容也发生改变.

（4）图丁中的电容式传感器可用于测定位移，其原理是将电介质板和物体固定在一起，当物体发生一小段位移时，电介质板随之移动，插入两极板间的电介质发生变化，导致电容发生变化.

例题：目前智能手机普遍采用了电容触摸屏.因为工作面上接有高频信号，如图所示当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，控制器可精确确定手指位置.对于电容触摸屏，下列说法正确的是（AD）

A.电容触摸屏只需要触摸，不需要压力即能产生位置信号

B.使用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作

C.手指靠近触摸屏时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小

D.手指与屏的接触面积变大时，电容变大

例题：电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用.有关电容式传感器在生活中的应用，以下说法正确的是（D）

A.甲图中，当振动膜片向左运动时，电阻R中的电流方向自右向左

B.乙图中，力F增大过程中，电流计中的电流从a流向b

C.丙图中，油箱液位上升时，电容变小

D.丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电容器处于充电状态

电容传感器是非接触型传感器，其根据在传感器电极和GND或人手之间产生的电容变化来检测物体。传感器电极可以是任何导电金属，因此可以设计低成本且高度灵活的系统。

在了解电容式传感器之前，首先要了解电容器。

电容器是电子电路中常见的无源元件之一，是通过静电电容来积蓄电荷或释放电荷的元件。电容器由两块金属板和夹在它们之间的电介质组成。

可以使用以下公式计算电容器的电容：

电容（C）受电介质的相对介电常数（ε），金属板的面积（S）和两个金属板（D）之间的距离的影响。由于ε和S在分子侧，因此C随着值的增加而增加，并且C随着值的减小而减小。另一方面，C随着分母上的D值的增加而增加，并且随着值的减小而增加。

在电容传感器的情况下，通过将诸如空气或丙烯酸板的电介质夹在用于传感器的电极和具有GND电位的物体（例如人手）之间来形成伪电容器。由内置于设备中的电路测量并转换为数字值。

如果应用于上述等式，则D的变化影响C，因此测量C可以确定人手是否已接近或远离传感器。

应用案例

通过应用电容传感器，不仅可以进行人手的接近检测（接近感测），还可以进行水位检测和手势识别。

在接近感测中，由于检测范围取决于平板电极的面积，因此可以通过使用大平板电极来检测更远的物体，并且还可以检测高达约50cm的距离/位置。

在水位检测的情况下，可以通过如下所示并排布置板电极和GND电极来测量水位。由于水容易导电并且空气不容易流动（即，相对介电常数不同），所以随着与水相邻的板电极的面积增加，电容增加。使用电容传感器检测水位的机制是计算电容值以确定水位。