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题目 传感器电容式湿度传感器的应用 姓 名 学 号

系（院）_电子电气工程学院_ 班 级 目录

前言 ......................................................3 1. 绪论 ....................................................1

1.1电容式传感器的工作原理 ................................1

1.2电容式传感器的特点 . ...................................4 2. 系统设计 ................................................6 2.1硬件电路设计 .........................................6 2.2 湿敏电容器的特性 ....................................8 2.3 电容式传感器数据处理 ................................8 2.4测试结果 .............................................8 结论 .....................................................10 参考文献 .................................................11 淄博职业学院 前言

人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。在电子科学技术日益发达的今天, 人类对自身的生活环境及工作环境要求越来越高。湿度的监测与控制在国民经济各个部门，如国防 、科研 、煤炭开采和井下监测以及人生活等诸多领域有着非常广泛的应用。众所周知, 湿度的测量较复杂，而对湿度进行控制更不易。人们熟知的毛发湿度计、干湿球湿度计等已不能满足现代工作条件和环境的要求。为此，人们研制了各种湿度传感器，其中电阻和电容型湿度传感器以其测量范围宽, 响应速度快, 测量精度高, 稳定性好, 体积小, 重量轻，制造工艺简单等显示出极大的优越性, 在实际中得到了广泛应用。由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同。其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。湿度是一个重要的物理量，航天航空，计量等许多环境中需要在高温下进行湿度的测量，很多行业中，如发电、纺织食品、医药、仓储、农业等，对温度、湿度参量的要求都非常严格，目前，在低温条件下，（通常是指100℃以下），湿度

测量已经相对成熟，有商品化产品，并广泛应用于各种行业 ，另外有许多以行业需要在高温环境下测量湿度，如航天航空、机车舰船、发电变电、冶金矿山、计量科研、电厂、陶瓷、工业管道、发酵环境实验箱、高炉等场合，这时，湿度测量结果往往不如低温环境下的测量结果理想，另外，在恶劣的环境下工作，例如气流速度、温度、湿度变化非常剧烈或测量污染严重的工业化气体时，将使精度大大下降。然而，随着科技的进步，人们对湿度的测量设备进行了越来越深层的研究，本文就以电容型湿度传感器进行阐述。

1. 绪论

1.1电容式传感器的工作原理

电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。

这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S 、d 或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分, 当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。

调频电容传感器测量电路具有较高的灵敏度，可以测量高至0.01μm 级位移变化量。信号的输出频率易于用数字仪器测量，并与计算机通信，抗干扰能力强，可以发送、接收以达到遥测遥控的目的。 因此，在实际应用中，常采用差动式结构，既使灵敏度提高1倍，又使非线性误差大大降低，抗干扰能力增强。

电容式传感器，顾名思义，指的是电容与传感器的组合。它是传感器的其中一种，因而也是由敏感元件、传感元件、测量电路组成。所不同的是，它以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量的变化转化为电容量的变化，再经测量电路转换为电压、电流或频率，以达到检测或控制的目的。在过去，电容式传感器主要应用于位移、加速度、角度和振动等机械量的精密测量；现在多用于压力、压差、液位、成份含量等方面的测量。电容式传感器的特点是：测量范围大；灵敏度高；动态响应好；小功率、高阻抗；机械损失小；结构简单，适应性强；但寄生电容影响大，而且变间隙式电容传感器存在非线性误差。电容式传感器的分类也是多种多样的，按工作原理可分为变间隙式（变极距型）、变面积式、变介电常数式（变介质型）；按极板结构分为平板式和圆柱式；按被测量分为位移、压力、应力、湿度、

温度等类型。

图1平板电容器

其电容为：d S d A C r εεε0==, ε为极板间介质介电函数，0ε为真空介电常数， πε6. 30=(pF/cm,r ε是介质相对介电常数，d s C r πε6. 3=。 当即板间距离d ?（令:△d=x）后的电容为 (01x d S C -=ε。 ( (00010x d x C C C C C -=-=?这是实际非线性关系。灵敏度

1 (00x d x C C S n -=?=，当x 相对于do 很小时可以近似为:00d x d ≈- 时， 0d x C C =?，这是理想的线性关系。理想情况下:0d S n = 非线性误差：0 01 ( ( (d x d x d L C C L

C C S C C e f =-- =??-?=

图2变极距型传感器的特性曲线 x x