簡(jiǎn)單的電容式傳感器用于檢測(cè)非金屬物體的商業(yè)應(yīng)用已有多年歷史，不過這種傳感器的檢測(cè)距離較短，通常在 1 厘米以下。一般來(lái)說(shuō)，電容傳感器是近距離傳感器的一種，用于通過傳感器形成的電場(chǎng)效應(yīng)探測(cè)附近的物體。這類傳感器與雷達(dá)有一些相似之處，都能感應(yīng)導(dǎo)電材料，同時(shí)通過塑料或木材等絕緣材料進(jìn)行觀測(cè)。
與雷達(dá)相比，電容式傳感器有很大的不同。電容式傳感器體積更小、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、成本更低且耗電量更少。因此，本文將簡(jiǎn)要介紹電容式傳感器及其工作原理和應(yīng)用。
用于在沒有任何物理接觸的情況下檢測(cè)液體或固體等目標(biāo)的電子設(shè)備被稱為電容式傳感器。為了檢測(cè)這些目標(biāo)，電容式傳感器會(huì)從傳感器的檢測(cè)端產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。任何能夠干擾該電場(chǎng)的目標(biāo)都可以通過該傳感器檢測(cè)到。
電容式傳感器可檢測(cè)的固體材料有紙、塑料、玻璃、布和木材。電容式傳感器可檢測(cè)的液體有油、油漆、水等。
電容式傳感器的工作原理與普通電容器類似。在這種傳感器中，感應(yīng)面內(nèi)的金屬板與振蕩電路電連接，被檢測(cè)到的目標(biāo)可作為電容器的下一塊板。與產(chǎn)生電磁場(chǎng)的電感式傳感器不同，電容式傳感器產(chǎn)生的是靜電場(chǎng)。
電容式傳感器的方框圖如下所示。內(nèi)部電容圖如上所示。該傳感器包括一個(gè)高頻振蕩器，其感應(yīng)面由兩個(gè)金屬電極構(gòu)成。一旦物體靠近傳感表面，它就會(huì)進(jìn)入電極的靜電場(chǎng)，并改變振蕩器的電容。
因此，振蕩電路將開始振蕩，并在達(dá)到一定振幅時(shí)改變傳感器的輸出條件。一旦目標(biāo)遠(yuǎn)離電容式傳感器，振蕩器的振幅就會(huì)減小，從而將電容式傳感器切換回原來(lái)的位置。
這種傳感器的典型檢測(cè)范圍約為 1 英寸或 25 毫米，而有些傳感器的檢測(cè)范圍可擴(kuò)展至 2 英寸。
這些傳感器可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)到物體的超強(qiáng)介電常數(shù)。由于液體的介電常數(shù)比容器的介電常數(shù)高得多，因此可以檢測(cè)非金屬容器內(nèi)的材料。因此，這使得傳感器能夠觀察整個(gè)容器并檢測(cè)液體。為了更好地工作，它們必須在溫度和濕度相當(dāng)恒定的情況下使用。
電容式傳感器是一種用于電容式感應(yīng)的設(shè)備。它主要基于電容耦合原理。這種傳感器可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)和測(cè)量不同的事物，如運(yùn)動(dòng)、化學(xué)成分、位移、電場(chǎng)，還可以間接檢測(cè)許多其他可以改變介電常數(shù)或運(yùn)動(dòng)的變量，如加速度、壓力、流體成分和液位。
電容傳感器包括兩塊金屬板，它們之間的距離為 “d”，面積為 “A”。因此，兩個(gè)端子之間的電容 “C ”可通過以下表達(dá)式求得。
其中
? C "是法拉第內(nèi)的電容
? εr "是絕緣體的相對(duì)介電常數(shù)
? εo "是自由空間的介電常數(shù)
? A'是兩塊板的重疊面積
? h'是兩板之間的間隙寬度。
電容式傳感器提供非接觸式目標(biāo)檢測(cè)。這些傳感器不僅能檢測(cè)目標(biāo)是否存在，還能檢測(cè)壓力、流量、間距、液位等。不同行業(yè)的不同材料都可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這一功能。電容式傳感器有以下不同類型。
這種類型的電容式傳感器呈圓片或圓柱形，可以放置在最緊湊的地方。這些傳感器主要用于監(jiān)測(cè)和控制機(jī)器流程，也可用作工作計(jì)數(shù)探測(cè)器。為了在狹小的空間內(nèi)提供最佳的安裝效果，小型傳感器頭需要一個(gè)外部放大器。因此，在這個(gè)外部放大器上，電位計(jì)可用于調(diào)節(jié)靈敏度。
與?6.5 - M12 和 M12 - M30 的微型傳感器相比，這種圓柱形電容式傳感器更大。這種傳感器主要包括可調(diào)感應(yīng)距離、多種外殼直徑以及齊平和不齊平安裝選項(xiàng)。這些傳感器主要提供液位檢測(cè)或直接的非接觸式接近檢測(cè)，或者在整個(gè)容器壁上進(jìn)行檢測(cè)。
高溫電容式傳感器用于傳感器頭暴露在極端溫度下的場(chǎng)合。即使直接接觸高溫材料和溫度，這些傳感器也能正常工作，即使在最惡劣的環(huán)境下也能檢測(cè)液體溫度水平和散裝貨物。
模擬電容式傳感器的工作原理與典型的電容式傳感器類似，但根據(jù)使用方式的不同，它具有不同的優(yōu)點(diǎn)。例如，與其他用途相比，這些傳感器在選擇材料、監(jiān)測(cè)厚度和濃度差異方面非常出色。
主控電容式傳感器電路圖如下所示。該電路可由電容式傳感器、R1=220K、R2=47K、R3=1K、D1=TIC106M 600V 5A 可控硅、LP1 為任何小型霓虹燈泡、LP2 為 230V 燈、BZ1 為 230V 蜂鳴器（可選）、SPST SW1（可選）、PL1 為公電源插頭和電纜等電子元件構(gòu)成。
該電路作為高靈敏度電容式傳感器工作。一旦人體的某一部分靠近傳感器，蜂鳴器和燈就可以在電源電壓的一半下工作。該電路可用作 門報(bào)警電路或電容傳感器電路的替代電路。
一旦將此電路用作門報(bào)警器，一旦有人從外部觸碰到門把手，蜂鳴器或燈就會(huì)被觸發(fā)。該報(bào)警器不是自鎖式的，因此一旦手從門上移開，蜂鳴器/燈就會(huì)失效。
大范圍靈敏度控制 “R2 ”允許在不同類型的門、把手和鎖上使用電路。事實(shí)證明，即使鎖的一小部分與墻壁接觸，該裝置也能保持穩(wěn)定，但在全金屬門上則不起作用。
該電路可用作簡(jiǎn)單的觸摸控制器，因?yàn)橐坏?“R1 ”的左側(cè)端子被觸摸，它就會(huì)工作。在這種情況下，可以不使用感應(yīng)板?；蛘撸褂靡粔K 30 x 20 厘米的薄鋁片或銅片作為傳感器，在 20 厘米的距離內(nèi)就能探測(cè)到人體的一部分。
本電路主要是為交流 230V 工作電壓而設(shè)計(jì)的。如果需要使用 110 至 120 伏交流電，則 “R1 ”的值必須改為 100K。如果該電路不能正常工作，請(qǐng)嘗試將電源插頭翻入插座，因?yàn)殡娫粗行跃€應(yīng)連接到 D1 的陰極端子上。一旦該電路被用作門把手報(bào)警器，那么用 5K 至 10K 范圍內(nèi)的微調(diào)電位器 R2 就能實(shí)現(xiàn)更好的系統(tǒng)。
請(qǐng)注意，負(fù)載將以可用主電源電壓的一半來(lái)驅(qū)動(dòng)。這不會(huì)造成任何問題，因?yàn)闊魰?huì)產(chǎn)生足夠的信號(hào)光，市電操作的蜂鳴器也會(huì)正常工作，只是產(chǎn)生的噪音會(huì)小一些。電路連接至 230 伏交流主電源，插上電源后請(qǐng)遠(yuǎn)離電路并將其放在塑料盒中。
| 電容式傳感器 | 電感式傳感器 |
| 電容式傳感器通過電場(chǎng)檢測(cè)物體。 | 電感式傳感器通過磁場(chǎng)檢測(cè)物體。 |
| 要通過電容式傳感器檢測(cè)物體，物體不需要導(dǎo)電。 | 要通過電感式傳感器檢測(cè)物體，物體必須是導(dǎo)電的。 |
| 這些傳感器可用于檢測(cè)金屬和非導(dǎo)電材料。 | 這種傳感器用于檢測(cè)金屬物體。 |
| 電容式傳感器的工作原理是測(cè)量一種稱為電容的電氣特性的變化。 | 這些傳感器根據(jù)電感變化原理工作。 |
| 電容式傳感器有微型、圓柱形、高溫和模擬四種類型。 | 電感式傳感器有三種類型：高頻振蕩型、磁性型和靜電容量型。 |
| 開關(guān)頻率較低。 | 開關(guān)頻率較高。 |
| 由于可能出現(xiàn)誤觸發(fā)，因此精度不高。 | 精度非常高。 |
| 電容式傳感器的探測(cè)范圍為 2 至 50 毫米。 | 電感式傳感器的探測(cè)范圍為 0.8 至 100 毫米。 |
電容式傳感器的特點(diǎn)如下：
? 這些傳感器可以感應(yīng)到機(jī)械限位開關(guān)無(wú)法感應(yīng)到的小型或輕型物體。
? 這些傳感器提供最大開關(guān)速率，可在基于物體計(jì)數(shù)的應(yīng)用中快速響應(yīng)。
? 它們可以感應(yīng)塑料、玻璃等非金屬障礙物中的液體目標(biāo)。
? 它們的工作壽命長(zhǎng)，幾乎可以無(wú)限制地工作。
? 固態(tài) O/p 可產(chǎn)生無(wú)反彈的接觸信號(hào)。
? 距離或范圍： 與其他傳感器相比，這些傳感器的感應(yīng)距離通常在 5 至 40 毫米之間。
? 這些傳感器在線性度、精確度、穩(wěn)定性、帶寬和分辨率方面均優(yōu)于應(yīng)變計(jì)和 LVDT 等傳統(tǒng)傳感器。
電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)如下：
? 這些傳感器可檢測(cè)非金屬目標(biāo)。
? 可使用特定類型的容器進(jìn)行檢測(cè)
? 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
? 電容式傳感器可適應(yīng)不同類型的材料。
? 這些傳感器可檢測(cè)固體和液體目標(biāo)
? 成本較低
? 靈敏度高，只需很小的能量即可操作。
? 適用于測(cè)量壓力、濕度、力等。
? 具有良好的頻率響應(yīng)和分辨率（<0.003 毫米）
電容式傳感器的缺點(diǎn)如下：
? 對(duì)濕度、溫度等環(huán)境條件的變化反應(yīng)靈敏，因此會(huì)影響性能。
? 與電阻測(cè)量相比，電容測(cè)量不容易。
? 與電感式傳感器相比，電容式傳感器不夠精確。
電容式傳感器的應(yīng)用包括以下方面：
? 電容式傳感器可檢測(cè)和測(cè)量除空氣以外的導(dǎo)電或介電物體。
? 這些傳感器最常用于確定導(dǎo)電目標(biāo)位置的變化。不過，這類傳感器在測(cè)量密度、存在、厚度和非導(dǎo)體位置方面也非常有效。塑料等非導(dǎo)電材料的介電常數(shù)與空氣不同。
? 電容式傳感器用于檢測(cè)或測(cè)量位置、接近度、加速度、位移、液位和濕度。
? 作為輸入設(shè)備，電容式傳感觸摸屏可用于手機(jī)、平板電腦、數(shù)字音頻播放器等。
? 這些傳感器取代了機(jī)械按鈕。
因此，這就是電容式傳感器的全部概述。這些傳感器通常用于測(cè)量導(dǎo)電目標(biāo)位置的變化。不過，這些傳感器在測(cè)量密度、存在、厚度和非導(dǎo)體位置時(shí)也非常有效。
? Advanced Navigation Orientus MEMS AHRS 傳感器
? 3DM-CV7-AHRS 戰(zhàn)術(shù)級(jí) OEM IMU/AHRS
? 3DM-GX5-GNSS/AHRS 高性能 GNSS 導(dǎo)航傳感器
? G-Link-200-8G 無(wú)線三軸加速度傳感器
? TORQUE-LINK-200 無(wú)線扭矩/應(yīng)變傳感器節(jié)點(diǎn)
