發布日期：2022-10-09 點擊率：52
傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是直接作用于被測量、并能按一定規律將其轉化為同種或別種量值輸出的器件。這是學習啦小編為大家整理的傳感器技術論文范文，僅供參考!
傳感器技術論文范文篇一
傳感器及其概述
摘 要
傳感器(英文名稱：transducer/sensor)是直接作用于被測量、并能按一定規律將其轉化為同種或別種量值輸出的器件。目前，傳感器轉換后的信號大多是電信號，因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉換為電信號的裝置。
【關鍵詞】傳感器 種類 新型
1 前言
傳感器是測試系統的一部分，其作用類似于人類的感覺器官，也可以認為是人類感官的延伸。人們借助傳感器可以去探測那些人們無法用或不便用感官直接感知的事物，如用熱電偶可以測量熾熱物體的溫度;用超聲波換能器可以測海水深度;用紅外遙感器可從高空探測地面形貌、河流狀態及植被的分布等。因此，可以說傳感器是人們認識自然界事物的有力工具，是測量儀器與被測量物體之間的接口。通常情況下，傳感器處于測試裝置的輸入端，是測試系統的第一個環節，其性能直接影響著整個測試系統，對測試精度有很大影響。
2 傳感器的分類
按被測物理量的不同，可以分為位移、力、溫度、流量傳感器等;按工作的基礎不同，可以分為機械式傳感器、電氣式傳感器、光學式傳感器、流體式傳感器等;按信號變換特征可以分為物性型傳感器和結構型傳感器;根據敏感元件與被測對象直接的能量關系，可以分為能量轉換型傳感器與能量控制型傳感器。
3 常見傳感器介紹
3.1 電阻應變式傳感器
電阻應變式傳感器又叫電阻應變計，其敏感元件是電阻應變。應變片是在用苯酚，環氧樹脂等絕緣材料浸泡過的玻璃基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成。敏感元件也叫敏感柵。其具有體積小、動態響應快、測量精度高、使用簡單等優點。在航空、機械、建筑等各行業獲得了廣泛應用。電阻應變片的工作原理是基于金屬的應變效應，即金屬導體在外力作用下產生機械形變，其電阻值隨機械變形的變化而變化。其可以分為：金屬電阻應變片和半導體應變片式兩類。金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高(通常是絲式、箔式的幾十倍)、橫向效應小等優點。它們的主要區別在于：金屬電阻應變片式是利用導體形變引起電阻變化，而半導體應變片式則是利用電阻率變化引起電阻的變化。
3.2 電容式傳感器
電容式傳感器是將被測物理量轉換成電容量變化的裝置，它實質是一個具有可變參數的電容器。由于電容與極距成反比，與正對面積和介質成正比，因此其可以分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三類。極距變化型電容傳感器的優點是可進行動態非接觸式測量，對被測系統的影響小，靈敏度高，適用于較小位移的測量，但這種傳感器有非線性特性，因此使用范圍受到一定限制。面積變化型傳感器的優點是輸出與輸入成線性關系，但與極距型傳感器相比，靈敏度較低，適用于較大的直線或角位移的測量。介質變化型則多用于測量液體的高度等場合。
3.3 電感式傳感器
電感式傳感器是將被測物理量，如力、位移等，轉換為電感量變換的一種裝置，其變換是基于電磁感應原理。電感式傳感器種類很多，常見的有自感式，互感式和渦流式三種。
電感式傳感器具有以下特點：結構簡單，傳感器無活動電觸點，因此工作可靠壽命長。靈敏度和分辨力高，能測出0.01微米的位移變化。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數百毫伏的輸出。線性度和重復性都比較好，在一定位移范圍(幾十微米至數毫米)內，傳感器非線性誤差可達0.05%～0.1%。同時，這種傳感器能實現信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業自動控制系統中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態測控等缺點。
3.4 磁電式傳感器
磁電式傳感器是把被測物理量轉換為感應電動勢的一種傳感器，又稱電磁感應式或電動力式傳感器。其工作原理是一個匝數為N的線圈，當穿過它的磁通量變化時，線圈產生了感應電動勢。磁通量的變化可通過多種方式來實現，如磁鐵與線圈做切割磁力線運動、磁路的磁阻變化、恒定磁場中線圈面積的變化，因此可制造出不同類型的傳感器用于測量速度、扭矩等。
3.5 壓電式傳感器
壓電式傳感器是一種可逆傳感器，是利用某些物質的壓電效應進行工作的器件。最簡單的壓電式傳感器是在壓電晶片的兩個工作面上進行金屬蒸鍍，形成金屬膜，構成兩個電極。當晶片受壓力時，兩個極板上聚集數量相等而極性相反的電荷，形成電場。因此壓電傳感器可以看成是電荷發生器，又可以看作電容器。
4 新型傳感器
4.1 生物傳感器
生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科，是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監控方法，也是物質分子水平的快速、微量分析方法。各種生物傳感器有以下共同的結構：包括一種或數種相關生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達的信號轉換為電信號的物理或化學換能器(傳感器)，二者組合在一起，用現代微電子和自動化儀表技術進行生物信號的再加工，構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統。生物傳感器的原理：待測物質經擴散作用進入生物活性材料，經分子識別，發生生物學反應，產生的信息繼而被相應的物理或化學換能器轉變成可定量和可處理的電信號，再經二次儀表放大并輸出，便可知道待測物濃度。
4.2 激光傳感器
激光傳感器：利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優點是能實現無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等。激光傳感器原理：激光傳感器工作時，先由激光發射二極管對準目標發射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉化為相應的電信號。
5 結束語
隨著科技的飛速發展，人們不斷提高著自身認知世界的能力。傳感器在獲取自然和生產領域中發揮著巨大上的作用。目前，傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面起到重要的推動作用。相信未來，傳感器技術將會出現一個飛躍。
作者簡介
楊天娟(1991-)，女，河北省邯鄲市人。現為鄭州大學本科生，主要研究方向為機械工程及自動化。
作者單位
鄭州大學機械工程學院 河南省鄭州市
傳感器技術論文范文篇二
溫度傳感器
摘 要：溫度傳感器是最早開發、也是應用最廣泛的一種傳感器。據調查，早在1990年，溫度傳感器的市場份額就大大超出了其它傳感器。從17世紀初，伽利略發明溫度計開始，人們便開始了溫度測量。而真正把溫度轉換成電信號的傳感器，是1821年德國物理學家賽貝發明的，也就是我們現在使用的熱電偶傳感器。隨后，鉑電阻溫度傳感器、半導體熱電偶溫度傳感器、PN結溫度傳感器、集成溫度傳感器相繼而生。也使得溫度傳感器更加廣泛的應用到我們的生產和生活中。本文主要介紹了溫度傳感器的分類、工作原理及應用。
關鍵詞：溫度傳感器;溫度;攝氏度
中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2014) 02-0000-01
溫度傳感器(temperature transducer)，利用物質各種物理性質隨溫度變化的規律把溫度轉換為可用輸出信號。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。現代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產實踐的各個領域中，也為我們的生活提供了無數的便利和功能。
一、溫度的相關知識
溫度是用來表征物體冷熱程度的物理量。溫度的高低要用數字來量化，溫標就是溫度的數值表示方法。常用溫標有攝氏溫標和熱力學溫標。
攝氏溫標是把標準大氣壓下，沸水的溫度定為100攝氏度，冰水混合物的溫度定為0攝氏度，在100攝氏度和0攝氏度之間進行100等份，每一等份為1攝氏度。熱力學溫標是威廉湯姆提出的，以熱力學第二定律為基礎，建立溫度僅與熱量有關而與物質無關的熱力學溫標。由于是開爾文總結出來的，所以又稱為開爾文溫標。
二、溫度傳感器的分類
根據測量方式不同，溫度傳感器分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式溫度傳感器是指傳感器直接與被測物體接觸，從而進行溫度測量。這也是溫度測量的基本形式。其中接觸式溫度傳感器又分為熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、半導體熱敏電阻溫度傳感器等。
非接觸式溫度傳感器是測量物體熱輻射發出的紅外線，從而測量物體的溫度，可以進行遙測。
三、溫度傳感器的工作原理
(一)熱電偶溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器結構簡單，僅由兩根不同材料的導體或半導體焊接而成，是應用最廣泛的溫度傳感器。
熱電偶溫度傳感器是根據熱電效應原理制成的：把兩種不同的金屬A、B組成閉合回路，兩接點溫度分別為t1和t2，則在回路中產生一個電動勢。
熱電偶也是由兩種不同材料的導體或半導體A、B焊接而成，焊接的一端稱為工作端或熱端。與導線連接的一端稱為自由端或冷端，導體A、B稱為熱電極，總稱熱電偶。測量時，工作端與被測物相接觸，測量儀表為電位差計，用來測出熱電偶的熱電動勢，連接導線為補償導線及銅導線。
從測量儀表上，我們觀測到的便是熱電動勢，而要想知道物體的溫度，還需要查看熱電偶的分度表。
為了保證溫度測量結果足夠精確，在熱電極材料的選擇方面也有嚴格的要求：物理、化學穩定性要高;電阻溫度系數小;導電率高;熱電動勢要大;熱電動勢與溫度要有線性或簡單的函數關系;復現性好;便于加工等。根據我們常用的熱電極材料，熱電偶溫度傳感器可分為標準化熱電偶和非標準化熱電偶。鉑銠-鉑熱電偶是常用的標準化熱電偶，熔點高，可用于測量高溫，誤差小，但價格昂貴，一般適用于較為精密的溫度測量。鐵-康銅為常用的非標準化熱電偶，測溫上限為600攝氏度，易生銹，但溫度與熱電動勢線性關系好，靈敏度高。
(二)電阻式溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器雖然結構簡單，測量準確，但僅適用于測量500攝氏度以上的高溫。而要測量-200攝氏度到500攝氏度的中低溫物體，就要用到電阻式溫度傳感器。
電阻式溫度傳感器是利用導體或者半導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度的。大多數金屬在溫度升高1攝氏度時，電阻值要增加0.4%到0.6%。電阻式溫度傳感器就是要將溫度的變化轉化為電阻值的變化，再通過測量電橋轉換成電壓信號送至顯示儀表。
(三)半導體熱敏電阻。半導體熱敏電阻的特點是靈敏度高，體積小，反應快，它是利用半導體的電阻值隨溫度顯著變化的特性制成的。可分為三種類型：(1)NTC熱敏電阻，主要是Mn，Co，Ni，Fe等金屬的氧化物燒結而成，具有負溫度系數。(2)CTR熱敏電阻，用V，Ge，W，P等元素的氧化物在弱還原氣氛中形成燒結體，它也是具有負溫度系數的。(3)PTC熱敏電阻，以鈦酸鋇摻和稀土元素燒結而成的半導體陶瓷元件，具有正溫度系數。也正是因為PTC熱敏電阻具有正溫度系數，也制作成溫度控制開關。
(四)非接觸式溫度傳感器。非接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測物體互不接觸。目前最常用的是輻射熱交換原理。這種測溫方法的主要特點是：可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可用來測量溫度場的溫度分布，但受環境溫度影響比較大。
四、溫度傳感器的應用舉例
(一)溫度傳感器在汽車上的應用。溫度傳感器的作用是測量發動機的進氣，冷卻水，燃油等的溫度，并把測量結果轉換為電信號輸送給ECU.對于所有的汽油機電控系統，進氣溫度和冷卻水溫度是ECU進行控制所必須的兩個溫度參數，而其他的溫度參數則隨電控系統的類型及控制需要而不盡相同。進氣溫度傳感器通常安裝在空氣流量計或從空氣濾清器到節氣門體之間的進氣道或空氣流量計中，水溫傳感器則布置在發動機冷卻水路，汽缸蓋或機體上上的適當位置.可以用來測量溫度的傳感器有繞線電阻式，擴散電阻式，半導體晶體管式，金屬芯式，熱電偶式和半導體熱敏電阻式等多種類型，目前用在進氣溫度和冷卻水溫度測量中應用最廣泛的是熱敏電阻式溫度傳感器。
(二)利用溫度傳感器調節衛生間的溫度。溫度傳感器還能調節衛生間內的溫度，尤其是在洗澡的時候，能自動調節衛生間內的溫度是很有必要的。通過溫濕度傳感器和氣體傳感器就能很好的控制衛生間內的環境從而使我們能夠擁有一個舒適的生活。現在大部分旅館和一些公共場所都實現了自動調節，而普通家庭的衛生間都還是人工操作，尚未實現自動調節這主要是一般客戶不知道能夠利用傳感器實現自動化，隨著未來人們的進一步了解，普通家庭的衛生間也能實現自動調節。
參考文獻：
[1]周琦.集成溫度傳感器的設計[D].西安電子科技大學，2007.
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“濕度測量”領域發展動態
進入21世紀后，特別在我國加入WTO后，國內產品面臨巨大挑戰。各行業特別是傳統產業都急切需要應用電子技術、自動控制技術進行改造和提升。例如紡織行業，溫濕度是影響紡織品質量的重要因素，但紡織企業對溫濕度的測控手段仍很粗糙，十分落后，絕大多數仍在使用干濕球濕度計，采用人工觀測，人工調節閥門、風機的方法，其控制效果可想而知。制藥行業里也基本如此。而在食品行業里，則基本上憑經驗，很少有人使用濕度傳感器。值得一提的是，隨著農業向產業化發展，許多農民意識到必需擺脫落后的傳統耕作、養殖方式，采用現代科學技術來應付進口農產品的挑戰，并打進國外市場。各地建立了越來越多的新型溫室大棚，種植反季節蔬菜，花卉；養殖業對環境的測控也日感迫切；調溫冷庫的大量興建都給溫濕度測控技術提供了廣闊的市場。我國已引進荷蘭、以色列等國家較先進的大型溫室四十多座，自動化程度較高，成本也高。國內正在逐步消化吸收有關技術，一般先搞調溫、調光照，控通風；第二步搞溫濕度自動控制及CO2測控。此外，國家糧食儲備工程的大量興建，對溫濕度測控技術提也提出了要求。
但目前，在濕度測試領域大部分濕敏元件性能還只能使用在通常溫度環境下。在需要特殊環境下測濕的應用場合大部分國內包括許多國外濕度傳感器都會“皺起眉頭”！例如在上面提到紡織印染行業，食品行業，耐高溫材料行業等，都需要在高溫情況下測量濕度。一般情況下，印染行業在紗錠烘干中，溫度能達到120攝氏度或更高溫度；在食品行業中，食物的烘烤溫度能達到80-200攝氏度左右；耐高溫材料，如陶瓷過濾器的烘干等能達到200攝氏度以上。在這些情況下，普通的濕度傳感器是很難測量的。
高分子電容式濕度傳感器通常都是在絕緣的基片諸如玻璃、陶瓷、硅等材料上，用絲網漏印或真空鍍膜工藝做出電極，再用浸漬或其它辦法將感濕膠涂覆在電極上做成電容元件。濕敏元件在不同相對濕度的大氣環境中，因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現規律性變化，此即為濕度傳感器的基本機理。影響高分子電容型元件的溫度特性，除作為介質的高分子聚合物的介質常數ε及所吸附水分子的介電常數ε受溫度影響產生變化外，還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數影響而產生變化等因素。根據德拜理論的觀點，液體的介電常數ε是一個與溫度和頻率有關的無量綱常數。水分子的ε在T＝5℃時為78.36，在T＝20℃時為79.63。有機物ε與溫度的關系因材料而異，且不完全遵從正比關系。在某些溫區ε隨T呈上升趨勢，某些溫區ε隨T增加而下降。多數文獻在對高分子濕敏電容元件感濕機理的分析中認為：高分子聚合物具有較小的介電常數，如聚酰亞胺在低濕時介電常數為3.0一3.8。而水分子介電常數是高分子ε的幾十倍。因此高分子介質在吸濕后，由于水分子偶極距的存在，大大提高了吸水異質層的介電常數，這是多相介質的復合介電常數具有加和性決定的。由于ε的變 化，使濕敏電容元件的電容量C與相對濕度成正比。在設計和制作工藝中很難組到感濕特性全濕程線性。作為電容器，高分子介質膜的厚度d和平板電容的效面積S也和溫度有關。溫度變化所引起的介質幾何尺寸的變化將影響C值。高分子聚合物的平均熱線脹系數可達到 的量級。例如硝酸纖維素的平均熱線脹系數為108x10-5/℃。隨著溫度上升，介質膜厚d增加，對C呈負貢獻值；但感濕膜的膨脹又使介質對水的吸附量增加，即對C呈正值貢獻。可見濕敏電容的溫度特性受多種因素支配，在不同的濕度范圍溫漂不同；在不同的溫區呈不同的溫度系數；不同的感濕材料溫度特性不同。總之，高分子濕度傳感器的溫度系數并非常數，而是個變量。所以通常傳感器生產廠家能在-10-60攝氏度范圍內是傳感器線性化減小溫度對濕敏元件的影響。
國外廠家比較優質的產品主要使用聚酰胺樹脂，產品結構概要為在硼硅玻璃或藍寶石襯底上真空蒸發制作金電極，再噴鍍感濕介質材料（如前所述）形式平整的感濕膜，再在薄膜上蒸發上金電極.濕敏元件的電容值與相對濕度成正比關系，線性度約±2%。雖然，測濕性能還算可以但其耐溫性、耐腐蝕性都不太理想，在工業領域使用，壽命、耐溫性和穩定性、抗腐蝕能力都有待于進一步提高。
陶瓷濕敏傳感器是近年來大力發展的一種新型傳感器。優點在于能耐高溫，濕度滯后，響應速度快，體積小，便于批量生產，但由于多孔型材質，對塵埃影響很大，日常維護頻繁，時常需要電加熱加以清洗易影響產品質量，易受濕度影響，在低濕高溫環境下線性度差，特別是使用壽命短，長期可靠性差，是此類濕敏傳感器迫切解決的問題。
當前在濕敏元件的開發和研究中，電阻式濕度傳感器應當最適用于濕度控制領域，其代表產品氯化鋰濕度傳感器具有穩定性、耐溫性和使用壽命長多項重要的優點，氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產和研究的歷史，有著多種多樣的產品型式和制作方法，都應用了氯化鋰感濕液具備的各種優點尤其是穩定性最強。
氯化鋰濕敏器件屬于電解質感濕性材料，在眾多的感濕材料之中，首先被人們所注意并應用于制造濕敏器件，氯化鋰電解質感濕液依據當量電導隨著溶液濃度的增加而下降。電解質溶解于水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實現感濕。
氯化鋰濕敏器件的襯底結構分柱狀和梳妝，以氯化鋰聚乙烯醇涂覆為主要成份的感濕液和制作金質電極是氯化鋰濕敏器件的三個組成部分。多年來產品制作不斷改進提高，產品性能不斷得到改善，氯化鋰感濕傳感器其特有的長期穩定性是其它感濕材料不可替代的，也是濕度傳感器最重要的性能。在產品制作過程中，經過感濕混合液的配制和工藝上的嚴格控制是保持和發揮這一特性的關鍵。
在國內九純健科技依托于國家計量科學研究院、中科院自動化研究所、化工研究院等大型科研單位從事溫濕度傳感器產品的研制、生產。選用氯化鋰感濕材料作為主攻方向，生產氯化鋰濕敏傳感器及相關變送器，自動化儀表等產品，在吸取了國內外此項技術的成功經驗的同時，努力克服傳統產品存在的各項弱點，取得實質性進展。產品選用了Al2O3及SiO2陶瓷基片為襯底，基片面積大大縮小，采用特殊的工藝處理，耐濕性和粘覆性均大大提高。使用燒結工藝，在襯底集片上燒結5個9的工業純金制成的梳妝電極，氯化鋰感濕混合液使用新產品添加劑和固有成份混合經過特殊的老化和涂覆工藝后，濕敏基片的使用壽命和長期穩定性大大提高，特別是耐溫性達到了-40℃-120℃，以多片濕敏元件組合的獨特工藝，是傳感器感濕范圍為1%RH-98%RH，具備了15%RH范圍以下的測量性能，漂移曲線和感濕曲線均實現了較好的線性化水平，使濕度補償得以方便實施并較容易地保證了寬溫區的測濕精度。采用循環降溫裝置封閉系統，先對對被測氣體采樣，然后降溫檢測并確保絕對濕度的恒定，使探頭耐溫范圍提高到600℃左右，大大增強了高溫下測濕的功能。成功解決了“高溫濕度測量”這一濕度測量領域難題。現在，不采用任何裝置直接測量150度以內環境中的濕度的分體式高溫型溫濕度傳感器JCJ200W已成功應用在木材烘干，高低溫試驗箱等系統中。同時，JCJ200Y產品能耐溫高達600度，也已成功應用在印染行業紗錠自動烘干系統、食品自動烘烤系統、特殊陶瓷材料的自動烘干系統、出口大型烘干機械等方面，并表現出良好的效果,為國內自動化控制域填補了高溫濕度測量的空白，為我國工業化進程奠定了一定基礎。
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電容式傳感器應用與發展
姓名
（系09級自動化專業，）
摘要：隨著傳感器不斷的發展與成熟，電容式傳感器廣泛應用于壓力、液位、位移等各種檢測中，在農業、工業等領域的發展作出突出貢獻。電容式傳感器作為一項前途廣闊的新型技術，日益受到人們的重視。
關鍵詞：電容傳感器糧食水分液位前景
0 引言
電容傳感技術投入應用已長達一個世紀，它具有結構簡單、動態響應快、易實現非接觸測量等突出的優點，具有著十分廣泛的應用前景，它不僅在工業、農業、軍事、環境、醫療等傳統領域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領域體現其優越性。
1電容式傳感器的應用
1.1電容式傳感器在農業上的應用
在農業生產中，長期以來，糧食水分檢測一直依靠手搓、嘴咬、眼觀為主要的判別方法，人為影響很大。但是國家在糧食收購過程中開始推行收購統一化、標準化，其中就包括糧食水分檢測的標準化，因此設計一套糧食水分快速檢測儀是十分必要的。
傳統的電烘箱恒重法是利用電阻爐加熱并根據失去的質量來測量糧食的含水量，因此可以實現糧食水分的在線測量，并可以作為其它水分儀標定的標準裝置。但它是一種間歇式的測量裝置，測量周期較長，大約需要.40S，不能實現對糧食水分的連續測量，不利于提高控制指標。在研究了糧食的導電浴盆效應的基礎上提出了用電容式傳感器測量糧食的水分。這種方法把糧食作為電介質，通過測量糧食的介電常數來測量糧食的含水量。由于用電容式傳感器測量電容時，在電容兩端還有一個并聯的電導成分，因此總的變化是由電容（C）與電導（G）的比值來反映的，又由于C/G 的值與相角有確定的函數關系，因此只要測量出相角的值即可以測量出水分的含量。用這種方法設計出的測量裝置結構簡單、成本低，并可以連續的在線測量。
在設計中采用電容式傳感器作為測量器件。該傳感器是根據變介質型電容式傳感器設計的。被測糧食放入電容式傳感器兩極板間時，由于糧食的含水量不同，從而使電容式傳感器的相對介電常數發生變化，即引起了電容值變化。在電容式傳感器一端施加一個正弦高頻激勵信號，則在其輸出端必然產生一個衰減響應，而且，激勵與響應信號是同頻的，只是相位發生了平移，通過測量相角即可求得電容與電導的比值，從而測出糧食的含水量。由于所測的糧食為顆粒形狀，其裝入容器中存在許多氣隙，因而其介電常數較小，但其傳感器的極板有效面積不能太小，因此本系統的電容式傳感器采用同軸的圓筒型電容式傳感器。采用圓筒型電容式傳感器的另一目的是它的電極是非對稱的，即內極板被外極板所包絡，這樣可以十分有效地抑制人體感應。圓筒型電容式傳感器的結構如圖
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電容式傳感器
湖南工業大學科技學院電氣0801班23號 劉超
摘要：電子技術的發展，解決了電容式傳感器存在的許多技術問題，使電容式傳感器不但廣泛應用于精確測量位移、厚度、角度、振動等物理量，還應用于測量力、壓力、差壓、流量、成分、液位等參數，在自動檢測與控制系統中也常常用來作為位置信號發生器。
Abstract：The development of electronic technology, capacitive sensor existence solve many of the technical problem, make capacitive sensor not only widely used in accurate measurement of the displacement, thickness, Angle, vibration, etc, also used in measuring physical force, stress and pressure, flow, composition, liquid level, the parameters such as in the automatic detection and control system is also often used to as position signal generator。
1 電容式傳感器的工作原理和結構形式
1.1電容式傳感器的工作原理
電容式傳感器是一個具有可變參量的電容器，將被測非電量變化成為電容量。多數情況下，電容式傳感器是指以空氣為介質的兩個平行金屬極板組成的可變電容器。
由兩平行極板組成一個電容器，若忽略其邊緣效應，則它的電容量可用下式表示
S?δ
S
?
δ
電容式傳感器結構
C=?S/δ=?0?r S/δ
式中 S ——極板相互遮蓋面積（m2）；
δ——兩平行板間距離（m）；
?r ——極板間介質的相對介電常數；
?0 ——真空的介電常數（8.85×10－12F/m）。
由式（7-1）可見，在?r、S、δ三個參量中，只要保持其中兩個不變，改變其中的一個均可使電容量C改變，這就是電容式傳感器的工作原理。所以電容式傳感器可以分為三種類型：改變極板面積的變面積型；改變極板間距離的變極距型；改變極板間介質的變介質型。
2 電容式傳感器的分類
2.1 固定介質變間隙電容式傳感器
定極動極
定極
動極
固定介質變間隙電容式傳感器的靈敏度：
， 靈敏度因子：
固定介質變間隙電容式傳感器的非線性誤差：
介電常數提高，可以提高靈敏度因子，這時靈敏度得到提高，但非線性誤差也增加了，為了減小非線性誤差，也可以采用差動方式。
2.2 變面積電容式傳感器
變面積電容式傳感器結構：
變面積電容式傳感器的靈敏度：
變面積電容式傳感器的非線性誤差：
變面積電容式傳感器無非線性誤差，增加，減小可以提高靈敏度，不能太小，否則邊緣效應明顯。
2.3 變介電常數電容式傳感器
變介電常數電容式傳感器結構：
變介電常數電容式傳感器的靈敏度：
靈敏度因子：
變介電常數電容式傳感器的非線性誤差：
非線性因子：
3 電容式傳感器的信號調節電路
3.1運算放大器式電路
電路：
3.2 電橋電路
振蕩檢波
振蕩
檢波
放大
濾波
電橋
3.3 調頻電路
直放式調頻
調頻振蕩
調頻振蕩
限幅
鑒頻
放大
外差式調頻
調頻振蕩
調頻振蕩
限幅
鑒頻
放大
放大
變頻
放大
本振
外差式調頻比直放式調頻性能優越，其選擇性高、特性穩定、抗干擾性強。
調頻方式具有抗干擾性強、特性穩定、輸出電平高（伏特級）
3.4 諧振電路
電路
放大
放大
整流
振蕩
特點：
靈敏度高
工作點難以確定
工作范圍窄
傳感器要離電路近。
振蕩器要求穩定性高。
3.5二極管T型網絡
方波電源傳感器電容
方波電源
傳感器電容
平衡電容
負載電阻
當時：
充電，；
放電，
當時：
充電，；
放電，
放電和放電形成電流正和負，的平均值為兩者之差。
平衡時：
平衡時：
特點：
、、、有共同的地
工作電平高，都工作于線性區
輸出電壓高
輸出電流大，時，數量級
上升時間小，時，數量級。適合高速測量。
雙穩觸發器-
雙穩
觸發器
-
+
-
+
A
C
B
D
電路
初值：
加電時假設：， ，這時充電，不斷提高，不充電，不變。
不斷提高的時，S觸發使， ，這時通過快速放電充電使，而開始充電，不斷提高。
不斷提高的時，R置位使， ，這時通過快速放電充電使，而開始充電，不斷提高。
輸出電壓脈沖寬度與和充電時間常數有關，從而使得輸出電壓的平均值與和的大小有關。設
變極板距離電容時：
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