第四章 电容传感器
一、电容传感器的工作原理
由两平行极板组成一个电容器，若忽视其
边缘效应，电容量表示为,
d
A
C
?? 0
?
+
+
+
d
A
?
+
+
+
+
+
+
二、分类,
1、面积变化型,角位移型,平面线位移型,
柱面线位移型。可测位移、尺寸
)/1(
)/1(
0
0
??
???
?
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?
?
?
C
d
S
C
d
S
C
x
d
b
dx
dC
k
d
x
C
d
xab
C
d
ba
C
x
x
?
?
?
???
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?
?
?
)1(
)(
0
0
特点：线性，灵敏度低,
只可测 cm级。
2、介质变化型
1
211
2
21
11
1
2122
2
ln
)(2
ln
2
ln
2
ln
)(2
ln
2
BlAC
r
R
l
r
R
l
CCC
r
R
l
C
r
R
ll
r
R
l
C
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?
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3、极距变化型,
d0
x
xd
s
C
d
S
C
x
?
?
?
0
0
?
?
特点：非线性,C =f（ x） 是一个双曲线函数
但容抗 xc =f（ x） 呈线性关系
可测量微米级的位移，一般 d<10mm,
最大位移限制在 < d/10
2003 - 3 - 21 电子信息与电气工程系
检测与转换技术 C A I 课件
过 程 控 制
2, 用 途,
P L P H
差压
大
气
P H
压力
真
空
P H
绝压
H
P A
P B
P H P L
P = H ρ g H = P / ρ g
? 3、特点,
? 固体仪表：无可动部件
? 高精度,0.25级
? 全天候表,-28~93 0C
? 品种,9个品种
? 10个系列
4,1151smart智能变送器
美国 Rosemount公司
工作原理：与 1151电容式差压变送器相比,
测量部分不变，转换部分数字化。
优越性
1、宽量程比 400,1（原 6,1）
2、自动补偿：温度自动补偿
静压自动补偿
线性自动补偿
3、自诊断
4、线性 /开方输出（同一种表）
5、精度提高：可达 0.1~0.2级（原 0.25级）
6、可实现远程通信
可进行远程查询、测试、组态、微调（特
征化）
1、在线组态,2、离线组态
通信功能
变送器
寄存器
工作寄
存器
安全寄
存器
开机 连接 采集
修改失败
修改
离线寄存器
工作寄存器
变送器寄存器
组态
3、通信协议,
Hart协议，采用
频移键控方式，
在直流上叠加数
字信号。
离线寄存器
工作寄存器
变送器寄存器
Model 268
1151smart
变送器
寄存器
1200HZ 2200HZ
“1”,0”
四、特殊问题
1、加云母片提高电容传感器的灵敏度
2、电容传感器的静电力较小，是各种传感器
中需要驱动力较小的一种。
3、电容传感器的实际相对变化量与其固有电
容和频率相关。
一般情况,
电容器变化,10-3～ 103 PF
相对值 ΔC/C, 10-6～ 1
电容元件输出阻抗,108～ 106 Ω
电源频率,>50HZ
五、电容传感器的测量电路
?1、桥式电路
?2、差动脉冲调宽电路
?3、谐振电路
六、应用
1、优点,
所需动作能量低，动特性好，分辨力 0.01μm,
固有频率高，损耗小，温度特性稳定，可实现非
接触测量。
2、缺点,
受寄生电容影响大，负载能力差，受潮易漂移。
3、检测对象,
位移（派生物理量：压力等）
改变介质可测液位、料位、含水量、非导电材料
厚度、涂层等。独特。
电容式接近开关
VA↑→VT3↓→VD↑→VB↓→VT4↑↑→ VD↓
VA↓↓ →VT3↑→ VB ↑→ VT4 ↓↓→
VD↑
K1,红灯 (料上限位 ); K2,绿灯 (料上限位 )
料上限位 料下限位 料中位
K1 K2
作业
试分析以下电路，并说出其测量特点。
U0 +
-
Ui
Cx
Ci
Ii
Ix
一、电容传感器的工作原理
由两平行极板组成一个电容器，若忽视其
边缘效应，电容量表示为,
d
A
C
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二、分类,
1、面积变化型,角位移型,平面线位移型,
柱面线位移型。可测位移、尺寸
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C
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特点：线性，灵敏度低,
只可测 cm级。
2、介质变化型
1
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3、极距变化型,
d0
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特点：非线性,C =f（ x） 是一个双曲线函数
但容抗 xc =f（ x） 呈线性关系
可测量微米级的位移，一般 d<10mm,
最大位移限制在 < d/10
2003 - 3 - 21 电子信息与电气工程系
检测与转换技术 C A I 课件
过 程 控 制
2, 用 途,
P L P H
差压
大
气
P H
压力
真
空
P H
绝压
H
P A
P B
P H P L
P = H ρ g H = P / ρ g
? 3、特点,
? 固体仪表：无可动部件
? 高精度,0.25级
? 全天候表,-28~93 0C
? 品种,9个品种
? 10个系列
4,1151smart智能变送器
美国 Rosemount公司
工作原理：与 1151电容式差压变送器相比,
测量部分不变，转换部分数字化。
优越性
1、宽量程比 400,1（原 6,1）
2、自动补偿：温度自动补偿
静压自动补偿
线性自动补偿
3、自诊断
4、线性 /开方输出（同一种表）
5、精度提高：可达 0.1~0.2级（原 0.25级）
6、可实现远程通信
可进行远程查询、测试、组态、微调（特
征化）
1、在线组态,2、离线组态
通信功能
变送器
寄存器
工作寄
存器
安全寄
存器
开机 连接 采集
修改失败
修改
离线寄存器
工作寄存器
变送器寄存器
组态
3、通信协议,
Hart协议，采用
频移键控方式，
在直流上叠加数
字信号。
离线寄存器
工作寄存器
变送器寄存器
Model 268
1151smart
变送器
寄存器
1200HZ 2200HZ
“1”,0”
四、特殊问题
1、加云母片提高电容传感器的灵敏度
2、电容传感器的静电力较小，是各种传感器
中需要驱动力较小的一种。
3、电容传感器的实际相对变化量与其固有电
容和频率相关。
一般情况,
电容器变化,10-3～ 103 PF
相对值 ΔC/C, 10-6～ 1
电容元件输出阻抗,108～ 106 Ω
电源频率,>50HZ
五、电容传感器的测量电路
?1、桥式电路
?2、差动脉冲调宽电路
?3、谐振电路
六、应用
1、优点,
所需动作能量低，动特性好，分辨力 0.01μm,
固有频率高，损耗小，温度特性稳定，可实现非
接触测量。
2、缺点,
受寄生电容影响大，负载能力差，受潮易漂移。
3、检测对象,
位移（派生物理量：压力等）
改变介质可测液位、料位、含水量、非导电材料
厚度、涂层等。独特。
电容式接近开关
VA↑→VT3↓→VD↑→VB↓→VT4↑↑→ VD↓
VA↓↓ →VT3↑→ VB ↑→ VT4 ↓↓→
VD↑
K1,红灯 (料上限位 ); K2,绿灯 (料上限位 )
料上限位 料下限位 料中位
K1 K2
作业
试分析以下电路，并说出其测量特点。
U0 +
-
Ui
Cx
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Ix
