智能电容式传感器的国内外现状与发展趋势

智能电容式传感器的国内外现状与发展趋势

摘要：电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器。它不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步地扩大，应用于压力、液面、料面、成分含量等方面的测量。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等一系列优点，因此，占有很重要的地位。文中主要介绍了电容式感器的结构原理、性能改善、测量电路、应用及其发展。

关键词电容式；智能化；测量电路；

1.引言:

电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器。它不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步地扩大，应用于压力、液面、料面、成分含量等方面的测量。这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等一系列优点，因此，占有很重要的地位。

2.电容式传感器技术向智能化方向发展

随着微处理器技术的不断进步，电容式传感器技术正在向智能化方向发展，所谓智能化就是将传感器获取信息的功能与专用的微处理器的信息分析、处理等功能紧密结合在一起。

2.1传感器作为太阳能热水器电子控制系统中的感觉器官，承载系统的信息源，采集来自储水箱里的水温、水量等信息，在太阳能热水器的多功化和智能化方面具有举足轻重的地位。然而，传感技术

在太阳能热水器的应用中由于受到恶劣使用环境的影响，一直很难保证长期可靠地运行，一批批专业人士虽然制作了多种形式的传感器，但是都没能从根本上解决品质问题，直到现在就连一年以上的使用寿命都还很难保障传感技术和智能控制技术的落后，已成为影响行业发展的最大瓶颈。对此我们认为，只有找准问题的症结所在，科学分析，逐一梳理，做到有的放矢，选择合适的传感技术，才能达到事半功倍的效果，制造出符合设计要求的理想产品。采用电容传感是解决传感器技术难题的必由之路。电容传感技术投入应用已长达一个世纪，它具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，特别适用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液体位测量。目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。电容式水位传感器是依据电容原理而制作，以耐高温耐腐蚀的聚四氟乙烯绝缘导线作为感应体，水作为电容的介质淹没感应导线越高，产生的电容量就越大，且能随着水位升降呈线性变化，控制系统通过检测电容量的大小变化来计取太阳能热水器储水箱里的水位，具有结构合理、动态范围大、分辨率高(水位显示可分成100档甚至是1000档)，无密封防水要求、不受水质水垢影响、无使用寿命周期等优点。但是，电容式传感器在太阳能热水器的实际应用中，由于太阳能热水器储水箱的内胆直径通常只有30—36公分，可获取的电容变化量往往仅有几十个或100来个皮法的大小，属于微弱电容的检测，若想有较高的显控精度，其测量值的准确性与稳定性显得优为重要。然而，电容式传感器恰恰在这方面存在

严重缺陷：它的工作原理是需要根据被测量程对零水位点和满水位点的电容量进行预先设定，但在使用过程中随着温度、湿度、以及元器件的性能等因素的变化会产生寄生电容，而且是随机性的,其寄生电容甚至可以超过被测电容的变化量当发生此种现象后，尽管被测电容的变化量与水位变化的对应关系不会改变，可是由于预定的测量常数与实际电容量已不一致，控制系统所计取的水位与实际水位会有很大的误差，从而频频发生误控或失控事故，导致电容式传感器在太阳能热水器上没有实际使用价值，这也是电容式传感器迟迟未能大批量上市的主要原因。随着微处理器技术的不断进步，电容式传感器技术正在向智能化方向发展，所谓智能化就是将传感器获取信息的功能与专用的微处理器的信息分析、处理等功能紧密结合在一起。由于微处理器具有计算与逻辑判断功能，故可以方便地对传感器所采集的数据进行存储记忆、比较分析、并能够对实际水位的电容量变化进行实时监控、自动校正从而有效地解决了以往受寄生电容影响、导致电容式传感器准确性、稳定性、及可靠性差的技术难题，使电容式传感器所具有的分辨率高、调控能力强、不受水质水垢影响、无使用寿命周期等优点能在太阳能热水器的应用上得到充分体现，并可因此而赋予控制系统强大的功能，确保太阳能热水器在水量控制、水温显示、上水、辅助电加热等方面无限接近理想的智能模式，真正开启太阳能热水器家电化时代。

2.2 智能电容式传感器的国内外现状与发展趋势

传感器所采集的数据进行存储记忆、比较分析、并能够对实际水

位的电容量变化进行实时监控、自动校正从而有效地解决了以往受寄生电容影响、导致电容式传感器准确性、稳定性、及可靠性差的技术难题，使电容式传感器所具有的分辨率高、调控能力强、不受水质水垢影响、无使用寿命周期等优点能在太阳能热水器的应用上得到充分体现，并可因此而赋予控制系统强大的功能，确保太阳能热水器在水量控制、水温显示、上水、辅助电加热等方面无限接近理想的智能模式，真正开启太阳能热水器家电化时代。

3.总结

电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传感器，其工作原理可用平板电容器表达式说明。根据这个原理，可将电容式传感器分为变间隙式、变面积式和变介电常数式三种。 2．当忽略边缘效应时，变面积式和变介电常数式电容传感器具有线性的输出特性，变间隙式电容传感器的输出特性是非线性的，为此可采用差动结构以减小非线性。

电容式传感器的输出电容值非常小，所以需要借助测量电路将其转换为相应的电压、电流或频率等信号。常用的测量电路有运算放大器式电路、电桥电路、调频电路、谐振电路以及脉冲宽度调制电路等。电子技术的发展解决了电容式传感器存在的一些技术问题，从而为其应用开辟了广阔的前景。它不但广泛地用于精确测量位移、厚度、角度、振动等机械量，还可进行力、压力、差压、流量、成分、液位等参数的测量。

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