绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇电容式传感器范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。
如何工作
电容式传感器基本上可以分成三类：电场传感器、基于弛张振荡器的传感器以及电荷转移(QT)器件。电场传感器通常会产生数百kHz的正弦波，然后将这个信号加在电容一个极板的导电盘上，并检测另外一个导电盘上的信号电平。当用户的手机或另外的导体对象接触到两个盘的时候，接收器上的信号电平将改变。通过解调和滤波极板上的信号，可能获得一个直流电压，这个电压随电容的改变而变化；将这个电压施加在阈值检测器上，即可以产生触摸／无触摸的信号。
弛张振荡器使用了一个电极盘，其上的电极电容构成了锯齿波振荡器中的可变定时单元。通过将恒定电流馈入到电极线，电极上的电压随时间线性增加。该电压提供给比较器一个输入，而比较器的输出连接到一个与电极电容并行连接的接地开关上。当电极电容充电到一个预先确定的阈值电压时，比较器改变状态，实现开关动作一对定时电容放电，打开开关，这个动作将周期性的重复下去。其结果是，比较器的输出是脉冲串，其频率取决于总的定时电容的值。传感器根据不同的频率改变来报告触摸／无触摸状态。
QT器件利用了一种称为电荷保持的物理原理。举例来说，开关在一个短时间内施加一个电压到感应电极上对其充电，之后开关断开，第二个开关再将电极上的电荷释放到更大的一个采样电容中。人手指的触摸增大了电极的电容，导致传输到采样电容上的电荷增加，采样电容因此改变，据此就能得出检测结果。
QT器件在突发模式采样之后即进行数字信号处理，这种方法能提供比竞争方案更高的动态范围和更低的功耗，而自动校准例程可以补偿因为环境条件改变带来的漂移。更重要的是，这种方法足够灵敏，在电流透过厚的面板时不需要一个参考地连接，因此适合电池供电的设备。Quantum(量研公司)的QT芯片就是采用这种方法。
应用实例
QT芯片出现在一系列具有挑战性的应用中，如微波炉和炉灶面控制。它在这些应用中必须承受很高的湿度、污染挑战。而便携式电子产品也经常面对这种情况，它们所处的环境经常变化，因此QT传感器也非常适合这种应用。QT传感器在干扰下的高电阻对于移动设备来说至关重要，因为它们附近经常有很强的辐射源，如：PC、手机等。
因为这个原因，QT芯片越来越多地在便携式设备中出现。很多领先的亚洲OEM厂商都采用了这种技术，包括DEC、JW Digital、松下和Microstar。例如，在JWM一811 0闪存播放器中就采用了QTl080，而Microstar在其Mega Player536 MP3播放器中采用了QTll01。这些芯片可以工作在2．8―5．5V电源电压下，吸收的电流大约为40 L1 A，专门针对移动电子产品进行了优化，采用了5mm x5mm x 0．8mm QFN封装，这种封装是空间有限的手机和遥控设备所必需的。QTl 0 8 0支持8个独立的按键通道，QTll01支持10个通道。两个芯片都包括邻近按键抑制(AKSTM)功能，可以确保芯片正确地识别手指的位置。这个概念很简单，通过比较邻近按键的信号电平来确定最大值，这样就能确定“真正的”手指位置。设计者可以自行选择是否启用AKS功能。QTl080利用一个硬件状态线连接每个输入通道，而QTll01通过一个串行连接输出。像所有的QT芯片一样，这两种方法都利用扩谱搜索自动校准，使噪声抑制最大化。
一般可用多输入通道实现滑动按键或旋转按键，而专用的QT系列芯片只用三个分辨率为7位(128点)的通道就能实现高分辨率线性滑动或旋转界面。例如QT511(该芯片的主要目标应用也是便携式电子产品)使用三个感应通道来驱动通用电气公司的一位发明家于1978年设计的电极图形，可返回一个128点的结果。
其他可能性
更大的温度范围；
更大的湿度范围；
驾驶与乘客因长期接触转换器与按钮所造成的脏污。
图1：基本的电容式传感器
今日车用的按钮与转换器不仅比过去多了许多，还要能具备轻易建置的特性，以符合日趋人性化控制接口的需求，另外，还必须具备成本效益，避免采用密封封闭式的机械开关。因此，电容式触控接口（capacitive touch switches，或称为cap sense）是一个非常具有潜力的取代方案。电容式触控接口技术不仅无须采用机械式控制元器件，还具备整合人性化接口的功能，十分符合汽车工业对于可靠性与成本效应的需求。
如图1所示，电容式接口主要是由两片相邻电路极板（traces）所构成的电容器：而依据物理法，电容效应是存在于两片电邻线路极板之间的。如果有任何导电性的物体（例如：手指尖）靠近这两片极板时，平行式电容（parallel capacitance）就会与传感器产生耦合(couple)效应。因此，整体电容会随着手指尖触碰电容传感器而增加；当移开手指时，电容则会随之减少。所以只要利用一套电路系统来测量电容的变化，就可以判断手指尖是否有碰触到两片相邻的电路极板。
电容式传感器是由两片电路极板与一个机板空间所构成。这些电路极板可为电路板的一部分，上面直接覆盖着一层绝缘层。电容式传感器也可以采用玻璃印刷电路技术植入车窗玻璃，并应用于后挡风玻璃的除雾器上。另外，电容式传感器不仅可以隐藏在曝晒印制图案的背面，还能够顺应各种曲面的弧度，广泛地应用于汽车的各种功能上。
图2：典型弛张振荡器拓扑
建构电容式界面的要素：
一组电容器；
电容量测电路系统；
从电容值转译成接口状态(switch state)的近端装置。
通常电容式传感器的电容值介于10pF～30pF之间。普遍来说，手指尖经由1mm绝缘层接触到接口所造成的耦合电容是介于1pF～2pF的范围。越厚的绝缘层所产生的耦合电容则愈低。若要感应手指的触碰，则必须建置能够侦测到1%以下电容变化的电容感测电路系统。
弛张振荡器（relaxation oscillator）是一种非常有效且易于使用的电容量测电路。一般常见拓扑如图2所示：
这个电路由以下四种元器件组成：
一组同步比较器(comparator)
一组电流源
一组放电开关(discharge switch)
一组电容式传感器。
最初，放电开关呈现开启的状态，此时全数的电流会流向传感器，造成传感器电压呈现直线上升的现象。此充电动作将持续至传感器电压达到比较器阀值为止。这时，比较器会从低电压转为高电压，进一步关闭放电开关。如此一来，电容式传感器便会快速经由低阻抗路径放电至地电位。当比较器输出电压从高转低时，整个电路周期则会重复进行。依据下列的方程式，输出频率（fout）与充电电流呈现正比的关系；与阀值电压和传感器电容则呈现反比的关系。因此借着量测输出频率，就可以得知传感器电容的大小：
假设充电电流为5μA，比较器阀值电压为1.3V，而传感器电容为30pF，则会产生128KHz的输出频率将。花在量测输出频率的时间越长，则可获得越高的频率分辨率。由于更高的频率分辨率会产生更佳的电容量测灵敏度，因此增加量测时间也会相对的提高电容量测分辨率。而设计业者可分别依据不同的应用层面、传感器尺寸与覆盖绝缘体厚度等因素，调整量测电容的时间。
由上列的方程式，可以近一步推衍出下列电容方程式：
因此，显然地我们还必须有输出频率周期的量测机制。图3分别显示周期量测方式的示意图与波形图。
图3：周期量测方式示意图
弛张振荡器的输出频率在此代表脉冲宽度调变器（pulse width modulator, PWM）的频率。PWM的输出波形由低频率与高频率两种脉波构成，频率的实际值端视不同应用而定。PWM输出信号则用来当成计数器（counter）闸门（gate）的信号。当此信号为高电位时，计数器会以fref的频率累积其数值，并于闸门信号下缘(falling edge)产生中断的情况，此时则可进行读取或是重设计数器数值的动作。之前曾假设充电电流为5μA，比较器阀值电压为1.3V，而传感器电容为30pF，则会产生128KHz的输出频率。假设计数器的参考频率为6MHz，则计数器在一个周期中所累积数值为46，两个周期为93，而十个周期的计数器数值则为468。由此可知，计数器累积数值越多，产生的分辨率或是灵敏度也就会越高。设计业者可运用下列方法获得更高的计数值：
提高计数器参考频率
降低振荡器频率
增加闸门信号的周期次数
电容式接口传感器采用可变更组态的混合信号数组（configurable mixed signal array），为设计业者提供一套具备成本优势的解决方案，请参考图4所示：
图4：Cypress 可变更组态混合信号数组CY8C21x34的示意图
Cypress 可变更组态混合信号数组CY8C21x34器件不仅内含建置弛张振荡器所需的可变更组态模拟区块，还具备作为建置周期量测装置用的数字区块。更重要的是，此器件还额外内建一组I/O模拟多任务器。多任务器的每一组针脚都具备一个开关器，可直接连结到模拟总线上。I/O模拟多任务器是一套大型的交叉式开关（cross-switch），能够让每一组针脚直接连结到控制系统上的模拟数组。此外，可编程电流源与放电开关也可直接与总线连结。这套内含多功能的可变更组态混合信号数组器件，可让28个I/O针脚中的任何一个都能被当成电容式传感器的输入端使用。图5显示完整的电容式感测系统。
图5：Cypress推出型号为CY8C21x34的可变更组态混合信号数组
当指尖同时放在两组并列的电容式传感器之间时，两组传感器很有可能皆会感测到指尖的碰触。因此，设计业者可利用这样的原理，近一步研发近似模拟的指尖位置感测装置。
滑杆（slider）是由多个邻近的传感器所组成，在这样的设计模式下，指尖接触的范围可以同时影响到多个传感器。因此，受影响传感器的电容值变化可用来计算质心(center of mass)与形心(centroid)。而计算出来的数值可精确的显示指尖所在位置。图6显示滑杆的构成。
图6：滑杆是由多个邻近的传感器所组成
如要达到多个传感器同时感测出指尖碰触的目的，设计人员在滑杆的设计上就必须考虑到传感器的形状。
恒速行驶操纵装置（cruise control）为滑杆的应用之一。举例来说，我们在里程计速度值上放置一排透明的电容式传感器，只要在55与60两个数值之间轻轻的点一下，即可将行车时速设定为57 mph。此外，内建电容式触控传感器的滑杆也可应用在车灯、音响音量控制等任何测量用的应用装置上。
随着车用自动控制仪表板的设计日趋复杂，要将所有的控制钮建置在其有限的空间中也变得更困难。由于许多车种的方向盘内都已装设安全气囊，当安全气囊迅速膨胀时，可没有人希望被一大堆机械器件砸在身上，因此，一般的汽车设计业者都会避免在方向盘的表面上装置控制钮。然而，电容式传感器只是被电镀在安全气囊盖后方的电路极板，并没有任何机械元器件。若是镀装有困难，也可以超薄电路板(flex circuit) 取代，并以镶嵌的方式装置在安全气囊盖后方。
车窗是另一项电容式触控技术尚未触及的领域。您是否想过直接把车窗除雾器的控制接口直接建置在车窗上？也许现在已经有设计业者将雨刷控制器直接安装在挡风玻璃上了。也许未来设计人员会在位于门把上方的玻璃上加装触控式数字控锁接口，车主只需要在车窗的传感器上输入正确的密码，便可控制汽车门锁。设计业者只要采用玻璃印刷电路技术或印制技术，就可将这类的电容式传感器建置在物体的表面。设计人员不仅可将这些传感器设计成常见的按键形式，也可自由发挥创意，将传感器以品牌或是车款名称，加装在车窗上(如图7所示)。
或许公司的营销人员会对图7这样的设计建议表示关切，因为消费者可能会质疑当他们摇下车窗时，是否仍能顺利的打开车门？
关键词:电容式;湿度传感器;信号处理
Key words: capacitance;humidity sensor;signal processing
中图分类号:[TN98] 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)24-0230-01
1高分子湿敏电容的测湿原理
高分子湿敏电容的工作原理是利用对湿度敏感的高分子聚合物含有吸水基团,吸附环境中的水分子,使聚合物的介电常数发生变化。高分子聚合物在完全干燥状态下介电常数为2～3,水分子的介电常数为78,聚合物吸附水分子,提高了聚合物的介电常数,随着吸附水分子数的增多,聚合物的介电常数也随之变化。基本形式为:
logε=X1logε1+X2logε2(1)
其中ε1为聚合物介电常数,ε2为水的介电常数,X1和X2分别是聚合物与水的体积百分率,ε为总的介电常数。将上述聚合物制作成电容器形式,就可从电容量的变化测定出环境相对湿度,湿敏元件的电容量与环境的相对湿度的关系。
2信号源及工作频率设计
电容式湿度传感器电路采用电容充放电原理,激励信号为矩形脉冲,为此采用了由施密特触发器构成的多谐振荡器产生信号源。
其中VT+和VT-分别为施密特触发器的上下限门限电压。接通电源以后,电容C上的初始电压为零,输出VO为高电平,并开始经电阻R对电容C充电。当冲到输入电压为VI=VT+时,输出跳变为低电平,电容C又经过电阻开始放电。当放电至VI=VT-时,输出又跳变成高电平,电容C重新开始充电。周而复始,电路便不停振荡产生固定频率的波形。振荡周期的计算公式为:
T=T1+T2=RC1n+RC1n=RC1n(×)(2)
通过调节R和C的大小,即可改变振荡周期和频率。试验发现,信号源频率对转换电路的线性有一定影响,较低的工作频率导致电路的的线性变差,而较高的工作频率会导致湿敏电容的灵敏度降低,因此传感器信号源的振荡频率选定为50kHz。
3试验结果
按本文所述信号处理方法制作了三只湿度传感器,传感器输出信号为0～5V电压信号。其敏感元件采用了MSR-3B型高分子湿敏电容,主要参数为:
①电容量:130～170pF(0%～100%RH);
②工作温度:-40～70℃;
③灵敏度:0.25pF/%RH;
④温度系数:≤±0.15%RH/℃。
试验使用美国2500型双压法湿度发生器作为湿度源,美国GE公司的M4冷镜式露点仪对产生的湿度进行校准。对三只湿度传感器的准确度、温度系数、时漂指标进行了测试,试验在常压环境条件下进行。在20℃±0.5℃的温度下传感器的湿度偏差数据见表1。
由表1数据可以看出传感器具有较好的测量准确度,最大湿度偏差为1.3%RH,可满足大多数湿度测量领域的要求。
试验中对传感器温度系数进行了测量,在10～40℃的工作温度下传感器温度系数小于±0.1%RH/℃,测试数据见表2。
在20℃±0.5℃、50%RH±0.5%RH的条件下对传感器的时漂进行了测量,数据表明本文所述信号处理电路具有较高的稳定性,测试数据见表3。
4结论
通过上述分析表明,采用此种信号处理方法的高分子电容式湿度传感器可对相对湿度进行较精确的测量,具有温度系数小、性能稳定、测量精度高等特点,可广泛应用于工业、农业、气象、军事等湿度测量领域。
参考文献:
[1]卢崇考,周明军,张彤.电容式高分子湿敏材料感湿机理探讨及选择方法[J].云南大学学报(自然科学版),1997,19(2):166-168.
Experimental improvement of differential capacitance sensor based on variable area
Liu Yuyan
North China Electric Power University， Beijing， 102206， China
Abstract： The experiment of differential capacitance sensor based on variable area is compulsory in the sensor principle teaching. The current problems are analysed in the experimental teaching. The improvement measures are put forward. The transition is implemented from verification to design. The students’ interest of experiment is stimulated. The learning enthusiasm and initiative of the students to do experiments are improved.
Key words： capacitance sensor； variable area； experiment teaching； interest
传感器原理及应用是高等院校测控专业重要的必修专业课。该课程实用性强，对应的实验课程较多，有平时课内实验和期末的传感器综合实验。差动变面积式电容传感器特性实验是其中一个2学时的必修实验。目前，学生做此实验的兴趣不大，积极性不高。其原因主要是此实验为验证性实验，学生按照实验指导书的步骤进行，实验过程枯燥乏味。美国著名心理学家布鲁纳曾说过：“学习的最好刺激，乃是对所学教材的兴趣。”教育心理学认为，教师的首要任务是调动学生对所学课程的兴趣，进而让学生获得强烈的求知欲，从中获得一种收获的喜悦和。为此，笔者对实验内容做了改进。本文详细介绍差动变面积式电容传感器的原理、实验过程以及实验的改进措施。
1 实验原理和实验过程
用两块金属平板作电极可构成最简单的电容器。一般电容式传感器可以分成三种类型：变面积型、变介质介电常数型、变极板间距型。本文只讨论变面积型，其原理如图1所示[1]。
图1 变面积型电容传感器
由于差动式电容传感器使灵敏度提高了一倍，故应用广泛。差动变面积式电容传感器结构如图2所示，其中，1为传感器的动片，2和3为传感器定片。在零位移条件下，即电容动片1位于定片2和3中间时，结构电容C1与C2均为C0，差电容ΔC=C1-C2为零。在位移信号作用下，即当动片1上下移动时，其将分别与2和3构成的面积差动变化，结构电容C1与C2一个增大，一个减小，从而引起差分电容的线性变化。通过测量差分电容ΔC，可获得相应的位移量的大小，差分电容变化与位移信号为线性关系[2]。差分电容的电路示意图如图3所示[3]。
图2 差动电容传感器原理图
图3 差分电容的电路示意图
在实际使用中，单片的差动电容式传感器的电容量变化幅度比较小，当位移量较小时，其输出信号量比较微弱，易对后续测量造成不良影响。因此，采用差动式、多定片与多动片级连的形式解决这个问题[4]，由两块固定板和一块活动板组成，其中固定板分别由三块平行的金属板串联而成，三块金属板之间的间距相等，面积一致。活动板固定在振动圆盘上，通过测微头带动其上下移动，活动板的两边各有两片金属极片，分别与两固定板的金属板保持严格的平行且上下间距一致。当金属板的面积较大，电容板之间的间距较小时，边缘效应的影响可以忽略不计。故金属板之间的电磁场可以看做是均匀的。该差动电容传感器可等效为两个可变电容，其中由固定板1构成的是电容C1，由固定板2构成的是电容C2，活动板为两电容的中间抽头。当将C1和C2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关[5]。
传感器的工作特性通过其静态、动态特性直接反映出来。测量系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统输入与输出之间呈现的关系就是静态特性。测量系统的静态特性又称刻度特性、标准曲线或校准曲线。与动态特性相比，静态特性更能反映传感器的各项指标，传感器静态特性的基本参数主要是指线性度、迟滞性、重复性和静态误差[6]。以零位移为起点，向上和向下位移电容动片，每次0.5 mm，直至动片与一组静片全部重合为止，此时输出最大。记录数据，并作出V-X曲线，求得灵敏度。当差动放大器增益置最小，电容变换器增益置最大时，得的测量结果见表1。本文实验结果基于浙江大学仪器系生产的CSY10A传感器系统实验仪，在Matlab里运行以下语句得位移-电压图（如图4所示）。
x=-7：0.5：7；
y=[-174 -164 -153 -141 -127 -116 -103 -90 -76 -64 -51 -38 -25 -13 0 12 25 37 50 62 75 88 101 114 127 138 147 154 159]；
p=polyfit（x，y，1）
y1=polyval（p，x）；
plot（x，y1，x，y，'ro'）
p=[24.8700 -1.5862]
表1 位移与电压关系数据表（其中X单位为mm，V单位为mV）
图4 位移-电压图
图4表明，在整个测试范围内（-7 mm～7 mm），位移的变化与输出电压呈良好的线性关系，与理论分析结果完全一致，与同类型的传感器相比，具有较高的分辨率、线性度和稳定性。
2 实验的改进
实验台架上是最简单的长方形的动片和静片，在此实验中，可以让学生自己设计动片和静片的形状，如圆形、三角形、梯形、扇形等。首先进行理论分析，然后通过实验加以验证，最后可以从灵敏度、线性度等方面比较学生的实验结果。这样，既丰富了实验内容，又给学生留下充分想象的思维空间，激发了学生做实验的兴趣，培养了创新意识。由于实验结果不唯一，不用担心学生抄袭实验报告，并且形成了一种良好的竞争机制，使学生由被动实验转为主动探索。
笔者以圆形动片为例进行简单说明。其中圆片半径为1，上下动片的形状为边长等于2的方形（如图5所示）。
a位移为0时 b位移为x时 c位移为1时
图5 动片为圆形时差动电容传感器原理图
图5中b是位移为x时：
其中ε为两极板间介质的介电常数；S1和S2分别为动片与上下静片相互覆盖面积；d为两极板间距离；x为从0到1的位移量。特殊地，当x为0时，ΔC=0，即动片位于上下静片中间时（如图5a所示）；当x为1时，ΔC=επ/d，即动片与下静片重合时（如图5c所示）。以上推导忽略了上、下静片间隙与动片的相对面积。
灵敏度为：
在Matlab中运行如下语句，得电容-位移关系图（如图6所示）。
x=-1：0.05：1
y=pi-（2*acos（x））+2*x.*（1-x.^2）.^（1/2）
z=2*（1-x.^2）.^（1/2）+（2-2*x.^2）.*（1-x.^2）.^ （-1/2）
plot（x，y，x，z）
注：data1为电容―位移变化趋势曲线；data2为灵敏度变化趋势曲线。
图6 电容-位移关系图
3 结束语
通过改进实验内容，学生增加了实验兴趣，课堂讨论氛围活跃，师生交流机会增多，增强了学生的自主学习能力，开阔了视野。此实验还应注意以下几个问题：
（1）定极板与动极板之间的间距和安装平行度对输出也有明显的影响。间距小、安装平行度好，有利于提高信号质量。电容动片与两定片之间的片间距离需相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变的问题。
（2）由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时，测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可能并没有回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后进行反方向采集。
上述因素都可能导致传感器出现测量误差，设计时应尽量考虑周密，把各种影响降到最小。如保证极板区域形状的一致性，极板材料的均匀性，采用最佳的工作激励频率等[7]。
参考文献
[1] 王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，1999.
[2] 李宝清，陆德仁.变面积结构微机械电容式加速度传感器[J].中国工程科学，2000，2（2）：38-42.
[3] 李恒灿，李勇.一种变面积型差动电容加速度传感器的设计[J].兰州理工大学学报，2011，37（3）：43-46.
[4] 吴鹏，郭晓菲，陈志高.变面积差动电容式传感器的研究[J].大地测量与地球动力学，2012（S1）：141-142，152.
为减小附加误差，保证测试数据的可比性，两次测试均采用相同的标准器和测试设备。标准器为美国GE公司的精密冷镜式露点仪，露点测量范围为-60℃～40℃，测量误差为±0.01℃；测试设备为国产SYSD型一等标准双压法湿度发生器，其产生相对湿度的范围为10%～95%RH，最大允许误差为±1%RH。1.3测试方法测试中选取-30℃，-10℃和20℃3个温度点。-30℃时，选取20%、30%、40%、50%、75%、85%、95%7个湿度测试点。由于被试件技术指标不同，-10℃和20℃时，1#、2#、7#、8#被试件选取20%为低湿测试点，其余被试件选取15%测试点，其他测试点与-30℃时相同。每个温度点进行两个循环测试，每个湿度测试点有两对不同湿度变化趋势的数据。
2稳定性分析方法
本文利用误差年漂移量定量表征湿敏电容传感器的稳定性。文中定义误差的年漂移量为使用后各湿度测试点误差与使用前各湿度测试点误差的差值，其中湿度测试点误差为该测试点4次单次测量误差的平均值。为研究误差年漂移量的变化规律，文中分析了不同温度条件下，误差年漂移量的分布情况。讨论了室温（20℃）条件下误差年漂移量随湿度变化的规律以及同型号的两被试件之间的一致性。为确定各种因素对误差年漂移量的影响，文中采用方差分析法，分析了温度、湿度以及观测设备型号对误差年漂移量的影响，并给出了显著度。为检验现行湿敏电容传感器的检定周期是否合理，文中以中国气象局对湿敏电容传感器的要求为标准，对使用后静态测试中14支湿敏电容传感器的合格率进行了统计。
3稳定性分析结果
3.1误差年漂移量随温度变化情况测试时选取了-30℃，-10℃和20℃3个温度点，图1为各被试件在不同温度点误差年漂移量的箱形图，每个箱形的数据为7个湿度测试点的误差年漂移量。箱形图中，线段的最高点为最大值，最低点为最小值，箱形的上框线为上4分位值，下框线为下4分位值，箱内线为中位线，箱外“+”点为异常值。从图中可以看出，对大多数被试件来说，低温时中位线低，并且随着温度的降低，箱形和线段的长度增加，由此可知误差年漂移量在低温时较低，并且其分布随温度降低而变得分散。为定量表征误差年漂移量随温度的变化规律，文中计算了误差年漂移量的平均值和标准偏差。根据JJF1001-2011《通用计量术语及定义技术规范》的规定，当测量次数小于9次时，采用极差法计算标准偏差，如式（1）：表2给出了各被试件在不同温度点时误差年漂移量的平均值和标准偏差。总体来看，各被试件在-30℃时误差年漂移量的区间为[-5.62，0.82]，-10℃时为[-3.73，0.95]，20℃时为[-1.85，1.07]，其中置信因子k=1。
3.220℃时误差年漂移量的变化规律南京市年平均气温为15.4℃，因此分析20℃时误差的漂移情况具有更重要的意义。为了便于分析不同型号的被试件的误差漂移情况，按照观测设备型号将14套被试件分为8组，图2给出了20℃时8种型号的观测设备湿度测量误差的年漂移量。从误差年漂移量曲线的变化趋势来看，在全量程不同测量段，误差年漂移量有很大的差异。除I、IV型观测设备图2中（a）和（d）外，其余被试件误差的年漂移量随湿度的升高向y轴负向移动。在低湿点（≤40%RH），各被试件误差年漂移量的平均值为-0.04%RH，在高湿点（＞80%RH），误差年漂移量的平均值为-1.04%RH。从图2（a）～（f）中两条曲线的关系来看，II、III、V、VI型观测设备（图2中（b）、（c）、（e）、（f））的两套被试件之间的误差年漂移量具有较好的一致性，两被试件间误差年漂移量的差值平均为0.5%RH。IV型观测设备的两套被试件除50%RH测试点存在1.81%RH的差异外，其余测试点误差年漂移量具有较好的一致性。I型观测设备的两套被试件一致性较差，两被试件间误差年漂移量曲线近似平行，其差值平均为3.2%RH。
3.3误差年漂移量影响因素的方差分析事件的发生往往与多个因素有关，但各个因素对事件发生的影响可能是不同的。所谓方差分析就是利用试验观测值总偏差的可分解性，将不同因素所引起的偏差与试验误差分解开，以确定不同因素的影响程度[6]。文中对测试点温度、测试点湿度、观测设备型号进行3因素方差检验，得出3个因素及其交互作用对误差年漂移量的影响。为确定结果是否是“统计上显著的”，需要确定α值[7]，文中规定当α值小于0.01时，结果是显著的。表3为多因子方差分析表，可以看出，温度、观测设备型号以及温度和湿度交互作用的α值均小于0.01，表明温度、温度和湿度的交互作用以及厂家的设计制造水平对误差年漂移量有显著影响。
3.4湿敏电容传感器检定周期合理性分析为保证气象资料的准确性和连续性，要求气象仪器具有较好的稳定性。因此气象仪器必须进行周期检定以保障其准确性和气象资料的可靠性，其中被试仪器的检定周期则取决于它的稳定性。中国气象局对湿度测量最大允许误差为±4%RH（≤80%RH），±8%RH（＞80%RH）。参加试验的14套被试件经过一年的动态比对试验，使用后的静态测试中有3套被试件仍符合技术指标要求，11套被试件不符合要求，不合格率为78.6%。仪器特性漂移产生的误差可以通过检定给出修正值予以解决，试行的GJB1758.26A《军用气象仪器检定规程第26部分：地面气象自动观测仪》中规定湿敏电容传感器的检定周期为1年。根据本文研究结果可以看出，经过一年的使用，超过3/4的传感器不能满足技术要求。为保证湿敏电容传感器的测量准确度，德国科学工作者建议几周校准一次[8]，我国也建议应每半年采用两种饱和盐溶液对湿敏电容传感器进行两点调校。
1．1传感器几何结构与测量系统如图1所示，平行线电容传感器由一对外表面涂有特氟龙（teflon）绝缘介质的平行金属电极构成，且电极沿管道径向位置平行放置。图1中结构参数D表示检测电极之间距离；R1为金属电极半径；Tt为特氟龙绝缘层厚度。图1平行线电容传感器结构示意图平行线电容传感器测量系统如图2所示，其主要包括高频激励模块（1MHz正弦波）、C／V转换模块、信号调理模块（采用乘法解调方式）及数据采集模块。根据图2中电容传感器测量电路的测量原理，调理模块输出电压Vmeas可表示为Vmeas＝－GA22CfC＋GVref（1）式中，Vmeas为测量系统输出电压；A为激励信号幅值；Cf为C／V转换模块中参考电容；C为待测流量有效电容值；G为放大器增益；Vref为参考电压。从式（1）可以看出，测量电压信号Vmeas与有效电容值C呈线性关系，且测量灵敏度为－GA2／2Cf。
1．2传感器内部电场与灵敏场分布为了考察平行线电容传感器内部电场分布情况，首先利用有限元分析软件（ANSYS）对传感器进平行线电容传感器测量系统示意图行几何建模。传感器的三维有限元剖分模型见图3，其中设定管道内径为20mm、外径为30mm、管长度为30mm，选用单元类型为三维10节点四面体单元，剖分单元共计364328个。图3平行线电容传感器三维有限元剖分模型（D＝5mm；R1＝0．3mm；Tt＝0．05mm）在激励电极及测量电极上分别施加10V及0V直流电压信号，经有限元分析计算得到了如图4所示的传感器内部电势分布。由图4（a）可以看出，在管截面径向方向，电场在电极之间存在梯度分布；由图4（b）可知，在管截面轴向方向，越靠近电极处电场梯度分布明显，其他流体区域电场分布趋于稳定。通过对平行线电容传感器内部电场分析，平行线电容传感器测量高灵敏度区域应主要分布在电极附近。为详细考察平行线电容传感器灵敏场分布特性，采用二维有限元分析模型对灵敏场进行计算。当二维空间内没有自由电荷分布时，传感器二维模型电位分布满足的拉普拉斯方程为•［ε0εr（x，z）φ（x，z）］＝0（2）式中，φ（x，z）为二维场电位分布函数；ε0及εr（x，z）分别为空气介电常数和场域（x，z）处的相对介电常数，在各剖分单元内可认为是常数；•和分别为散度和梯度算子。通过有限元分析软件，可计算得到各个节点的电位值φ（x，z）；同时，通过电位值又可以得到节点的电场强度EE＝－φ（3）根据高斯定理，可选择一个包括电极的封闭路径（二维中为曲线），在此路径上积分，即可求得一个电荷值，该电荷值即为电极上的电荷量Q。进而电极间的电容量为C＝QU（4）式中，U为电极间的电位差。电容传感器检测区域内的任一子区域介电常数变化都会引起电极间电容值的变化。
该子区域引起电容值变化的程度可用单元灵敏度描述，而整个检测区域内单元灵敏度的分布形成灵敏场。为获取传感器检测区域的灵敏度分布，采用在传感器检测区域放置测试小球的办法获得测试位置处的灵敏度，灵敏度计算公式可表示为S（k）＝C（k）－C（ε0）C（ε）－C（ε0）k＝1，2，3，…，M（5）式中，C（ε）及C（ε0）分别表示介质介电常数为ε及ε0时的传感器电容值；C（k）表示检测区域k位置处放置介电常数为ε的测试小球后传感器的电容值；M为放置测试小球位置的总数。根据传感器检测区域各位置处的灵敏度计算值得到D＝5mm、R1＝0．3mm、Tt＝0．05mm时传感器的灵敏度分布（见图5）。图5中，二维灵敏场内灵敏度峰值出现在电极位置处，远离电极区域的灵敏度值较低，且基本趋于0值。采用Xie［3］等提出的灵敏场均匀性误差参数（SVP）和传感器相对灵敏度均值（Savg）作为优化指标，考察了传感器各结构参数对灵敏场的影响，期望获得一个均匀性误差最小、相对灵敏度较高的传感器尺寸。传感器几何尺寸取值情况见表1所示。表1传感器几何尺寸参数取值传感器参数几何尺寸／mmD5710R10．30．40．5Tt0．020．050．07通过分析得知各结构参数对灵敏场的影响，检测电极越大，均匀性误差（SVP）越大，相对灵敏度均值（Savg）越小；金属电极半径增大，相对灵敏度均值（Savg）越小，均匀性误差（SVP）影响很小；绝缘层壁厚变大，相对灵敏度均值（Savg）越大，均匀性误差（SVP）影响很小。综合考虑，选用的传感器尺寸为D＝5mm；R1＝0．3mm；Tt＝0．05mm。
2传感器静态测量特性
为考察平行线电容传感器对水平油水层状流静态响应特性，建立了水平油水层状流下的有限元模型，并计算了不同相含率（持水率）下的传感器电容值。水平油水层状流有限元剖分模型见图6，其中检测电极间距为5mm，金属电极半径为0．3mm，特氟龙厚度为0．07mm，模型剖分单元类型为三维10节点四面体单元，剖分单元总数为685772，上部红色流体代表油相，下部蓝色流体代表水相，模型对应持水率为20％。对层状流传感器有限元计算结果归一化处理CN＝Cm－CoCw－Co（6）式中，CN为传感器计算电容归一化值；Cm为油水按不同持水率配比时电容计算值；Co为全油时的电容计算值；Cw为全水时的电容计算值。为考察平行线电容传感器的测量响应特性，以验证电容传感器测量系统有效性，对不同持水率的水平油水层状流进行了静态实验测量。实验管道选用内径为20mm的有机玻璃管，实验介质为15号白油和自来水，白油密度为856kg／m3，黏度为11．984mPa•s。实验中将油水两相按体积配比为不同持水率的油水层状分布，同时对平行线电容传感器输出响应进行实时测量，并对电容测量电压值进行归一化处理VN＝Vm－VoVw－Vo（7）式中，VN为输出电压归一化值；Vm为油水混合时电压输出值；Vo为全油时电压输出值；Vw为全水时电压输出值。对于水平油水层状流静态分布，平行线电容传感器静态实验测量结果与仿真结果见图7。可以看出，对于油水层状流传感器有限元计算结果与实际测量结果有较好的一致性，且测量灵敏度及线性度较高。图7平行线电容传感器测量结果与仿真结果对比图
3结论
关键词：投射电容式触摸屏；电容式触摸屏；触摸屏
中图分类号：TN141文献标识码：A
Touch the Future: Projected-Capacitive Touch Screens Reach for New Markets
John Feland
（Synaptics, Inc.,Santa Clara,CA,U.S.A）
Abstract: Spurred by successful implementation in devices such as the Apple iPhone and the LG Prada phone, projective-capacitive touch screens seem poised for mass adoption in various applications.Here is an overview of the technology and how to decide which type of projective-capacitance touch screen to use in your product.
Keywords: projective-capacitance touch screen ；capacitive touch screen；touch screen
2007年3月LG普拉达手机(见图1(a))以及随后2007年6月的苹果iPhone、2007年9月的iPOD触摸屏、2007年10月的三星Yepp YP-P2等产品(见图2（b）)的发行向世界传递了一个信号，即透明投射电容式触摸屏已经做好被大量应用的准备。在2007年之前，透明投射电容式技术只是一项具有很小影响力的小生境技术。
据估计2006年投射电容式触摸屏在全世界的总销售额低于2,000万美元；但是随着此类触摸屏技术的发展，逐渐开辟出了通向各种平台的道路，消费类电子厂商通过多媒体市场采用这项技术，来改变终端用户的体验，使得2008年销售额增为原来的5倍。
在各公司探索这项日渐成熟的技术，并应用于他们产品的时候，一些问题也产生了，例如：哪种投射电容式传感器适合我的应用，什么是玻璃和塑料衬底之间的交替使用。以上这些问题，还有一些其它问题将在下文进行介绍。
图1 LG普拉达手机（a）和三星Yepp YP-P2媒体播放机（b）是采用投射电容式触摸屏的首批消费类电子产品中的两个
图2 自我电容触摸屏工作过程示意图
1电容触摸屏
主要有两种类型的触摸屏采用电容传感作为主要输入方法：表面式电容和投射式电容。表面电容触摸屏采用一层铟锡氧化物（ITO），至少有四个电极。当一个接地的物体靠近时，例如手指，这些电极能够感应表面电容的变化。3M微触公司（3M Micro-Touch）作为该技术的最主要供应商之一，这种方法很长一段时间被用在信息亭触摸屏上。
但是表面电容式触摸屏有一些局限性，它只能识别一个手指或者一次触摸。另外，考虑到电极的尺寸，对于小尺寸屏幕（如那些用在手持式平台上的屏幕）是不切实际的。
传感器利用触摸屏电极发射出的静电场线称为投射电容式触摸屏。一般用于投射电容传感技术的电容类型有两种：自我电容和交互电容。
自我电容又称绝对电容，是最广为采用的一种方法。它把被感觉的物体作为电容的另一个极板。该物体在传感电极和被传感电极之间感应出电荷，从而被感觉到。所测量的电荷存储在结果电容耦合中。图2表示了上述原则是如何工作的。
交互电容又叫做跨越电容，它是通过相邻电极的耦合产生的电容。当被感觉物体靠近从一个电极到另一个电极的电场线时，交互电容的改变被感觉到，从而报告出位置。在汽车应用中交互电容传感器作为传导性传感器被广泛用作汽油调节。
数百万种自我电容方法在人们日常生活的位置传感中被采用。例如当今的笔记本电脑上触摸输入板到处存在。最典型的笔记本电脑触摸输入板采用X×Y的传感电极阵列形成一个传感格子。当手指靠近触摸输入板时，在手指和传感电极之间产生一个小量电荷。采用特定的运算法则处理来自行、列传感器的信号来确定被传感物体(此处指的就是手指)的位置。
在上述两种类型的投射电容式传感器中，传感电容可以按照一定方法设计，以便在任何给定时间内都可以探测到触摸，该触摸不仅局限于一根手指，也可以是多根手指。
不透明投射电容式传感器可以用在很多设备上，如触摸输入板和投射电容式触摸屏，其操作的基本原理是一样的。其不同之处在于传感器电极的材料、传感器衬底、制造方法，以及方法堆栈中的很多问题。触摸输入板可以用不透明材料制造，如采用金属或者传感领域的碳基电极。投射电容式触摸屏必须是透明的，因此，经常用与基于电阻式触摸屏的透明导体相同的材料来制造，例如ITO。
但是，与电阻式触摸屏不同，投射电容式触摸屏不需要层与层之间的空气间隔，或者不需要令任何层变形，因此，传感器可以采用坚硬的玻璃或者塑料衬底。投射电容式和电阻式触摸屏构造的关键不同之处是有关ITO的要求，投射电容式触摸屏的ITO是作为后一层定型在前一层上，而不是像电阻式触摸屏一样采用连续的膜淀积。虽然增加了工艺复杂程度，但是考虑到采用投射电容式触摸屏的好处，还是非常值得的。
例如，Synaptics在媒体播放器的清除键传感器上采用新奇的金刚石模式。X轴方向的传感器形成一层，Y轴方向的传感器形成另外一层，然后加上接地层或者保护层来完成，如图3所示。
图3 Synaptics用于清除键传感器上的金刚石模式
在玻璃和塑料衬底的选择上并没有明显区别。都可以层积在塑料或者玻璃镜头（屏幕保护）上，这些取决于原始设备制造商的产品设计。玻璃相对厚点、重点、贵点，但是整体坚硬些，可以潜在地降低设备其余地方的成本。玻璃比塑料的透射系数高，尽管两种材料都比同尺寸的电阻式触摸屏高。塑料传感器相对薄些，并且比较容易层压在产品镜头上（因为把柔性材料层压在硬性材料层上比层压两层硬性材料容易些）。既然制造方法类似，玻璃和塑料衬底都可以用来制造自我电容触摸屏和交互电容触摸屏。
大部分传感器供应商采用连续同一批溅射工艺在衬底上刻蚀ITO图形。
3M微触摸公司于2007年宣布了卷对卷制造投射电容传感器的可能性。过去，虽然刻蚀这种图形的技术已非常成熟，但是会引起触摸屏表面的反射系数有所不同，当光线划过表面时会造成图形可见。最近获得的反射系数更加匹配，而且传感器图形几乎不可见。
表面电容式触摸屏在小尺寸生产时具有实际的局限性，而投射电容式触摸屏在大尺寸时具有局限性。
传感器电极必须离得足够近，这样手指可以影响至少两个电极的电场线从而确定手指的位置。同样地，伴随着屏幕尺寸的增大传感器电极的数目也需要按照相应的几何比增大。随着投射电容式触摸屏尺寸的增大，需要发送回控制器的传感器电极的数目会迅速增加，同样迫使传感器的非活动边框扩大。有一些窍门可以制造大尺寸投射电容式触摸屏，但是这些设计到目前为止并没有在真实产品中得到验证。
2控制器是关键
如果没有控制器，传感器只是一片没有作用的塑料或者玻璃。与每一个物品上的（从应用处理机到MP3解码芯片）的电阻式触摸屏控制器的增殖性和综合性相比，投射电容式触摸屏仍然需要专门的芯片来驱动传感器，以及解码一根手指或多根手指在触摸屏上的位置。
Synaptics在市场上接受清理键模块的途径是采用自我电容技术，该技术是从已经使用的数百万笔记本触摸输入板借鉴来的。Synaptics控制器使用的传感设计是这样的，先测验X轴上的每一个传感器轨迹，随后测验Y轴上的每一个感器轨迹，找出每一个轴上的最大电容点。这种技术可以屏蔽同度噪音，如湿度、温度的变化或者外界噪声源（比如60Hz的线性噪声）。
苹果公司在iPhone和iPod触摸屏中采用的是交互电容技术。Apple/Broadcom控制器使用的传感设计是刺激Y轴上的每一条线，一次刺激一条。对于每一条Y轴线，控制器测量该条线和每一条X轴线处的交点电容。结果就是无论什么映像都是正在触摸700X-Y交点处的表面。但是，这种技术相对于自我电容技术对环境噪声非常敏感。到目前为止，以上的控制器供应商名单中并没有用于已的产品，所以并不知道他们采用什么技术。
3丰富的手势调色板
一般来说，要是想推动投射电容式触摸屏被广泛采用，首先要使丰富的手势调色板成为可能。原始设备制造商产品发展组的用户体验和用户界面设计者们非常渴望这种新能力。直觉手势的运用为减少当今用户设备的复杂度提供了巨大希望。
人们常常会问这样一个问题，手势处理会在那里发生呢？手势可以在四个地方进行处理和解码：在触摸屏控制器中，在独立CPU或DPS中，在主机CPU触摸屏驱动器中或者在主机CPU正在运行的应用设备中。在玻璃衬底和塑料衬底的对比问题中，并没有绝对的答案，每一种结构都各有优劣。在苹果iPhone中，触摸屏芯片是由两块独立的芯片组成：一个Broadcom模拟处理器，用来处理从传感器传过来的原始模拟信号，将他们转变成由多个X、Y点坐标值组成的数据流；另一芯片是NXP(飞利浦)ARM-7 CPU用来将数据流解码为相应的手势指示。在苹果iPod触摸屏中，上述两块芯片联合成一片芯片，又叫做改进型Broadcom芯片，包括了模拟和数字内核。苹果公司选择独立CPU处理手势而非主机CPU的一个原因是这样可以确保快速的对手势作出反应。iPhone一共包括五、六个独立的ARM内核，所以很显然整个产品架构是分布式计算。
在三星Yepp YP-P2媒体播放机中Synaptics采用了一种不同的方法。媒体播放机的功能比智能电话简单很多，因此媒体播放机一般只有一个CPU，这样限制了可能的手势处理选择的范围。三星Yepp YP-P2媒体播放机采用Synaptics ChiralMotion手势作为仔细寻找各种应用的主要方法。（ChiralMotion是一种智能化虚拟滚动手势，允许用户通过改变手指运动弧线的速度和半径来控制滚动的方向和速度。）触摸屏控制器从触摸屏输出一种由单个X和Y点坐标值组成的数据流。ChiralGesture识别发生在主机CPU正在运行的触摸屏驱动器上。驱动器向用户界面通报用户意图，这样用户界面应用可以满足用户在播放机的其余应用上穿梭触摸，这样不仅美观而且使用简单。
结 论
对于未来的掌上设备而言，投射电容式触摸屏是最有前途的交互作用方法。更薄，更稳健，比电阻式更清晰，支持多手指手势应用，推动工业设计一体化，这样看来下一代触摸屏很可能会广泛应用。可利用选择自我电容、交互电容、底玻璃，底平板塑料、底曲面塑料等的多种组合为原始设备制造商在如何结合这项日渐成熟的技术方面提供了巨大的弹性。
中图分类号：TM451.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0020-03
目前，智能电网技术快速发展，其已成为全球能源发展和变革中的重大研究课题，其中各类电信号的测量技术及其传感器是实现智能电网监测、控制、分析和决策的基础，也是智能电网发展的关键。电压互感器的准确性、可靠性、便利性和快速性是电能计量和继电保护、电力系统监测诊断、电力系统故障分析中的关键技术要求。
电磁式电压互感器（Potential Transformer，PT）和电容式电压互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在电力系统中广泛应用。虽然电网中普遍使用的电容式电压互感器和电磁式电流互感器的技术成熟，而且拥有长期的运行维护经验，但它们的测量线性度较差、瞬变响应速度较慢，且电磁式电流互感器的瞬态误差特性也不理想。
传统的电磁式电压互感器存重量大和体积大的特点，而且随着特超高压电网的发展，其绝缘强度要求难度越来越大，同时由于具有铁芯，可能导致发生铁磁谐振过电压和由铁磁饱和带来的动态范围变小等缺点，已经越来越不适应当前智能化电网的发展趋势。
与电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器具有更多的优点，其分压结构可以提高互感器的动态范围，使其更容易提高绝缘强度。但该互感器不能够及时跟踪电压变化，不能满足继保系统中的要求，而且该互感器能够捕捉到高频的过电压波形，也不能满足电力系统故障诊断与在线监测要求，而电容式电压互感器中耦合电容、补偿电抗器以及中间变压器等内部储能元件构成的RLC电路会使得电容式互感器的暂态特性会变差，使得当一次系统发生如电压跌落故障时，电容式电压互感器的输出并不能立即跟随一次侧输入变化，并且在高频过电压下，二次侧输出可能发生由铁磁谐振导致的高频振荡，无法反映一次侧输入波形。在一些不易进行直接测量的场合，如对高压套管、被绝缘层包裹的变压器绕组接头处等进行测量时，电磁式电压互感器和电容式电压互感器的使用也具受到了限制。
1 D-dot传感器测量
3 结 语
D-dot传感器是一种电场耦合的传感器，工作原理上与通过传递能量实现测量的PT和CVT有所不同，可以实现无接触测量，其结构简单、具有较大的测量带宽和动态范围、能够抑制非线性负载的感应电压过冲，为克服上述问题提供了新的途径。但是传统的D-dot传感器由于传递函数限制与积分器、衰减器的使用，其工频与高频响应会存在幅值与相位误差的同时也存在传感器体积与绝缘强度之间的矛盾，限制了其作为电力互感器的使用。通过分析D-dot传感器的工作原理及其影响因素，指出一种通过差动输入和多重电极并联的方式被引入以使互感器工作于自积分模式，使其能够作为无接触式电子式电压互感器应用于电力系统电压测量领域，具有结构简单、便捷的特点，理论上分析其在额定电压范围内线性拟合较高，而且具有很高的动态范围，幅值与相位误差能够达到计量要求，能够快速反应暂态电压变化，是未来的发展方向。
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中图分类号:TD713文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 03-0074-02
Grain Moisture Testing Based on MCS-51 Microcontroller
Xu liangliang,Liang Gaige,Wang Jiajia
(China University of Mining Information and Electrical Engineering,Xuzhou100000,China)
Abstract:In this paper,If grain moisture compliance with standards,propose a real-time,reliable based on MCS-51 microcontroller new detection system.The system is based on a capacitive sensor,the core for the 8031 microprocessor.The paper first discusses the the working theory of capacitive sensors,and under the principles propose improve detection sensitivity method;secondly gives the capacitance - frequency - voltage linear conversion circuit is a collection ADC809 input signal;Finally grain moisture required to give a SCM approach.
Keywords:Capacitive sensor;frequency - voltage converter; MCS-51;ADC0809
一、引言
谷物在人们日常生活中是必不可少的,如果谷物太湿,就会加速谷物的霉变,所以检测谷物湿度并及时采取措施是将谷物仓储的前提。而在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多,温度是个独立的被测量,而湿度却受其他因素(如大气压强、温度等)的综合影响。因而,如何实时、准确地在线测定仓储谷物的水分含量具有重要意义。长期以来,人们仅仅靠主观感觉来检测谷物湿度,缺乏一定的科学依据,就使谷物湿度检测科学化、标准化这一点来讲,设计一套谷物水分快速检测仪也是十分必要的。
二、电容式传感器的工作原理
电容式传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应好、价格便宜等优点,可以实现非接触测量,且具有平均效应。电容传感器可以用来检测压力、力、位移、物位以及振动等方面的参量,是一种应用广泛和有发展前途的传感器。
电容式传感器是把被测的非电量转换为自身电容量变化的一种传感器。这些被测量是用于改变组成电容器的可变参数而实现其转换的。下面以用最普通的平行极板电容器来说明电容式传感器的基本工作原理。两块相互平行的金属极板,当不考虑其边缘效应(两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化)时,其电容量为:
显然,C是S、d、 的函数,如果保持其中两个参数不变,只改变另一个参数,就可将参数变化转换成电容量的变化,构成电容式传感器。因此,电容式传感器可分为变极距型、变面积型、变介质型三种类型。
三、谷物湿度检测传感器的工作原理
传感器采用同心柱型电容器,可减小边缘效应对电容值的影响,因为当 ,可忽略圆柱两端的边缘效应影响。圆柱形电容式传感器
由此可得放入谷物前后电容C的变化量 ,令 ,为使有较高的灵敏度,需满足 ,故当 时,有较高的灵敏度。在做电容器时应予以考虑。不难理解,谷物中的含水量 必定与相对介电常数常数呈正相关,而 ,所以电容量C亦将与 呈正相关。由此检测的C的值,便可知谷物的湿度。
四、测量与转换电路
一般情况下非电量难以测量,应该把非电量转化为电压电流的变化,以便于测量和处理。
根据电路知识可得: ,将频率f通过频率―电压转换器后,其输出电压: 将(1)式代入(2)式得 ,电压U1经过倒数电路后,其输出电压: ,将(3)式代入(4)式得 电压U2经过放大电路,其输出电压
从上式可以看出输出电压U3与电容量Cx成正比,而Cx又决定于谷物的湿度 ,这样就在电压和谷物湿度之间建立了函数关系。从以上分析可知, 越大,电容量Cx就越大,那么输出电压U3也就越大,虽然U3与 之间存在一定的非线性,但正相关的规律不会改变,通过国家标准给定 的上限,经实验也就能得出相应电压的上限。
五、硬件电路设计
(一)硬件系统构成
为了能实现简单、快速、准确地现场测定谷物湿度,同时考虑到设计的性能和价格等因素,将选用MCS-51系列的单片机8031,这样就建立了以单片机为核心的便携式快速智能湿度监测仪。它具有体积小、质量轻、能耗低、操作简单等特点,而且可以大大提高工作效率和事故的预见性,有效地降低粮食储藏过程中的损失。硬件电路流程图如下:
图1硬件系统流程
从图中可以看出,该硬件系统由四部分组成,采集电路、接口电路、8031处理器和显示电路。图中的扩展输入包括看门狗、键盘等。扩展输出包括LED显示,继电器等等。
(二)MCS-51对ADC809的接口
因ADC809内部有一个8位“三态输出锁存器”可以锁存A/D转换后的数字量,故它本身即可看做一种输入设备,也可认为是并行I/O接口芯片。因此,ADC0809可以直接和MCS-51接口,当然也可通过8155这样的其他接口芯片连接,这里采用8031和ADC0809直接相连,START和ALE互连可使ADC0809在接收模拟量路数地址时启动工作。START启动信号由8031 和P2.3经或门产生。复位后因P2.3为高电平而封锁。
图2 8031和ADC809接口电路
六、结论
该系统能够实时监测谷物的湿度,并配有越限报警装置,以便工作人员能及时响应做好防范措施。具有一定的实用价值。从文中我们也可以看到,由于忽略了电容的边缘效应以及谷粒间距之间的差别而认为应用的对象是理想的,这本身会存在一定的误差。但采取适当的措施,例如使电容式传感器筒高度远大于其外径也是可以减小甚至是忽略这些非主要因素影响的。另外,这种监控系统这对提高工作效率、减轻劳动强度、节省人力、实现粮库管理自动化也同样具有重要意义。
参考文献:
[1]胡汉才.单片机原理及接口技术(第2版).北京:清华大学出版社,2006
[2]童敏明,唐守峰.检测与转换技术.徐州:中国矿业大学出版社,2008
飞机油量测量系统是指在地面和飞行状态下，连续测量和指示飞机可用燃油质量的系统，它比普通情况下的油量测量更为复杂。首先由机上空间十分宝贵，必须尽可能提高空间利用率，因此飞机上油箱的形状都不太规则，必须通过较为复杂的计算将液位高度转换成燃油体积；其次飞机在飞行过程中姿态经常发生变化，从而引起油面的倾斜，给燃油体积的测量结果带来误差，因此必须进行姿态误差补偿；再次燃油的密度受产地、温度、压力等因素影响，这些因素的变化会导致燃油体积发生变化，从而给燃油质量的计算带来误差，因此必须进行燃油密度补偿。燃油系统先通过油位传感器测量液位高度，再根据油箱的形状参数和飞机飞行的姿态参数综合计算出燃油的体积，最后再乘以燃油密度传感器的测量结果从而得到燃油质量。在以上过程中，燃油液位的精确测量是燃油量精确测量的先决条件，因而提高燃油液位传感器的精度和性能对于提高飞机燃油测量系统的性能有着重要意义。
长期以来，广大工程技术与研究人员一直致力于提高飞机燃油系统的测量精度，并对各种测量方法进行了尝试，研制出了许多基于机械、振动、超声波、电磁、电、光、辐射等原理的液位传感器，但是由机油量测量的复杂性、实现难度和制造成本等方面的因素，只有少数测量方法得到了应用。
早期的飞机上使用浮子式传感器进行液位测量，而在有些比较简陋的飞机上甚至只在起飞之前使用油尺测量油箱中的油量，在飞行过程中则依赖飞行员的经验来判断油箱中的剩余油量；二战以后，飞机上大量采用电容式油量测量技术，并在最近二三十年间对电容式传感器进行数字化，提高了传感器的性能及可靠性；近年来，国外航空界对超声波式传感器进行研究，并将其用机油量测量，但并没有取得很好的效果，因此工程技术人员仍在寻求电容式传感器的其他替代技术。下面将就飞机燃油液位测量技术的应用现状与未来发展趋势进行简要介绍。
1.油尺
在一些简陋的飞机上，曾经使用过油尺来检测飞机在地面加油过程中以及起飞前的油量，这种测量方法是在其他测量方法失效时的唯一可信赖的测量方法。现在人们一般使用磁性浮子油尺，使用时，松开油尺的卡锁机构，使油尺在重力的作用下下坠，当油尺在浮力的作用下停止时，读取油尺上的刻度，即可得到油箱中的油量。油尺是最原始、简单、可靠的油位测量手段，但是不能实现实时测量，也不能通过数据总线将油量数据提供给飞行控制系统，因此无法实现其智能化。
2.浮子式油位传感器
早期的飞机上曾经用过浮子式油位传感器。它是利用燃油的浮力来改变浮子的位置，并带动电刷来改变电桥的桥臂阻值，对电桥的输出进行测量即可得到液位。浮子式传感器具有原理简单、成本低等特点，但其测量范围小，指示误差大，容易发生故障，现在只在一些旧型飞机和小型飞机上使用。
近年来，人们对浮子式油位传感器进行了改进，又提出了磁致伸缩式液位传感器。磁致伸缩式传感器利用磁性浮子来感受液位变化。测量时，液位计头部发出低电流“询问”脉冲，该电流产生的磁场沿波导管向下传导。当电流磁场与浮子磁场相遇时，产生“返回”脉冲（也称“波导扭曲”脉冲）。询问脉冲与返回脉冲之间的时间差即对应油水界面和油气界面的高度。其优点是测量精度高，结构简单，可靠性高，抗干扰能力强，抗污染、抗振等性能均良好。但仍然不适合机燃油液位测量，原因是在该传感器中仍然存在可动部件――磁性浮子，由机飞行过程中油箱晃动十分剧烈，磁性浮子不可避免的要与轴发生接触和摩擦，这样磁性浮子在飞机处于某些姿态时就有可能“粘”在轴上，无法回到正常液位。这种可靠性方面的问题限制了磁致伸缩式传感器在飞机上的应用。
3.电容式油位传感器
二战以后，电容式油量测量技术开始在飞机上大量采用。从上世纪70年代开始，美、英、德、法、日等国相继开始研究数字式电容式传感器，采用双余度的计算机，使用线性电容式传感器测量油位，利用放射性元素Am241作放射源直接测量燃油密度，并通过飞机姿态传感器的测量结果和油箱的形状来综合计算油箱中的剩余油量。由于其具有独特的优势，目前商用和军用飞机仍然选用传统的电容式传感器，例如在波音公司的B787客机，空中客车公司的A380客机、A350超宽体客机以及洛克希德.马丁公司的F35战斗机全部都将电容式测量作为燃油量测量的首选技术。
早期的电容式传感器为模拟式传感器，它采用自平衡式测量电路将对应于燃油油量的电容量转换为仪表盘中指针的转角。为了克服“边缘效应”（在电容电极边缘处，电场线不再垂直于极板，因此在此处电容值不再与液位成线性关系），同时使被测液位与油量值成线性关系（为了充分利用飞机的内部空间，油箱被设计成与机体、机翼形状相关的不规则体，而不是规则的柱状体），模拟式传感器中的内电极管被制成与油箱形状有关的成型剖面，同时通过增加传感器数量和采用补偿传感器（补偿因燃油密度和温度变化而引起的燃油介电常数的变化）等方法来提高燃油测量精度。但是由行中油箱姿态随时可能发生改变，导致传感器浸没长度发生变化从而引起姿态误差，同时燃油密度会随着产地、温度、气压的改变而发生变化，而燃油测量系统却无法直接对密度进行测量，因此电容式传感器测量精度较低，。此外由于传感器需要进行非线性补偿，致使传感器的制造工艺相当复杂，系统的标定与校准过程也十分费时，显然无法满足新一代飞机的性能需求。
相比模拟式传感器而言，数字式电容传感器在精度和可靠性方面有了很大的提高，但仍无法克服电容式传感器的一些固有缺陷。比如说标定校准困难、连接线复杂、水污染等等。
以上这些因素影响了电容式传感器的性能和可维修性，并且在目前技术条件下尚无法克服电容式传感器的这些缺点。由于电容式传感器是目前飞机上最主要的液位传感器，因此研究电容式传感器的替代技术对机燃油测量系统性能的提高具有重要意义。
4.流量式燃油油量传感器
在一般飞机燃油检测过程中，流量式油量传感器由于存在累积误差而经常作为电容式液位传感器的补充。即用涡轮式流量测量系统测量总油量，用电容式油量测量系统测量单个供油箱的油量。
流量式油量传感器并不直接对油箱中的油位或油量进行测量，而是安装在主供油管路上，对发动机的耗油量进行测量，并根据飞机起飞时的总载油量推算出油箱中的剩余油量。流量式传感器主要有容积式涡轮流量传感器和质量式涡轮流量传感器两种。
容积式涡轮流量传感器是一种与流过的燃油体积流量成正比的电信号转换器。当燃油流经传感器时，传感器中的叶轮在燃油的带动下以某种转速转动，并通过磁转子结构、磁开关结构或磁阻等原理转变为电脉冲信号。在测量中，对单位时间内的电脉冲数进行计数，即可得到燃油的实时体积流量；同时将起飞后的体积流量对时间进行积分，再乘以给定的密度值，即可得到当前已消耗的燃油油量；最后用飞机的总载油量减去累计总耗量，从而得出飞机中的剩余油量，其计算公式为
影响涡轮式流量传感器测量精度的主要因素有小流量误差、温度误差和位置误差。由机发动机由慢车状态加速到全加力状态过程中的耗油量在很大范围内变化，因此流量传感器在偏离设计流量时误差增加，特别是在小流量状态下。燃油黏度变化对测量精度也有影响，对燃油温度变化较大的高速飞机，燃油黏度变化较大，黏度低的燃油流中速度分布比黏度高的燃油流中的更均匀，误差也更小。涡轮式流量传感器安装在在水平位置（传感器轴线平行于加速度矢量）或垂直位置（传感器轴线垂直于加速度方向）一般不影响测量精度，但对于高速飞机，由于加速度大，对于水平安装的传感器，其轴向力大，因而误差也大。
5.超声波式燃油液位传感器
超声波传感器是目前在飞机燃油测量中得到应用的唯一的新技术。波音公司的B777客机和洛克希德.马丁公司的F22猛禽战斗机率先采用超声波式传感器进行燃油测量，但是在使用过程中超声波式传感器出现了一些可靠性方面的问题，因此该方法还没有得到实质性推广。
超声波式传感器利用超声波在不同密度介质分界面上产生反射的特性进行液位测量，其原理如图2所示。传感器由声速计和探头组成，在声速计和探头的底部都装有超声波发生器，发出的超声波在遇到反射体和燃油-空气界面后会被反射回油桶底部并被接收器接收到；声速计中声波至目标体的往返时间为TT，探头中声波至油面的往返时间为TS，D为发射器离目标体的已知距离，L为发射器离油面的位置距离。通过声速计可测得燃油中的声速为
这样根据测得的超声波脉冲信号的反射时间、油箱的液位-油量曲线，以及与燃油密度相对应的声速数据，经微处理器处理和计算便可获得油箱中的油量。
与电容式传感器相比，超声波传感器测量精度更高，可达±0.2%；在油箱内部没有电器件，安全性能高，抗电磁干扰能力强，外部接线也较为简单；抗污染能力强，因为超声波本身就具有清洗作用。但超声波传感器也存在一些缺点：盲区、姿态误差以及泡和油-水界面反射等等。考虑到由机飞行过程中油箱晃动十分剧烈，可能会造成一定的姿态误差，以及它所存在的盲区等因素，限制了超声波式燃油液位传感器在飞机上的应用。
6.电阻式油量传感器
电阻式油量传感器一般用来判断特定点的油位情况。由机燃油油面晃动程度剧烈，因此该方法在测量飞机燃油液位上还没有得到推广应用。电阻式液位测量的敏感元件是热敏电阻。热敏电阻采用半导体材料制成，具有耗散特性，可以将温度的变化转换成电阻的变化。将传感器的敏感元件安置在某一特定的液位高度，当液位上升或下降至预定高度时，由于热敏电阻器件浸入或露出液面，从而改变了其电阻值的大小。这样，通过检测电阻值的变化，便可以探测在某一点高度的液位情况。热敏电阻易于安装，耐腐蚀、耐磨损，抗震性能好，耐冲击，使用寿命较长，但是热敏电阻的阻值也会随着温度变化而变化，所以要进行精确的液位测量，还需要对液体温度进行一定的控制。
7.放射性液位传感器
放射性液位传感器虽然不能够用来检测飞机燃油，但对于一般要求不是很高的场合还是比较实用的。放射性液位传感器是通过检测具有放射性同位素射线α射线、β射线、γ射线的穿透和反射信号的强度来达到探测液位信息的目的。其中，γ射线的穿透力强，射程远，故在核辐射液位测量中广泛采用。实验证明，穿过物质前后γ射线强度会发生变化。在放射线辐射源与检测器之间有吸收物质时，由于射线强度会随液位高度而改变，而检测器的输出与液位高度相关，通过检测被吸收的能量大小，即可得出被测液位高度的信息。这种传感器的测量原理使得它适用于易燃易爆，具有腐蚀性和毒性的测量环境。但是由于射线容易衰减，会导致测量的精确度不够，还有危害人体健康的危险。
8.光纤液位传感器
近年来，随着光纤传感技术和光电子技术的发展，已研制出各种形式的光纤传感器。与传统传感器相比，光纤传感器灵敏度高，抗电磁干扰能力强，耐高压，耐腐蚀，质量轻，体积小，便于与计算机相连接，响应速度快，特别是其本质安全性使其在易燃易爆环境下仍然能够安全使用。光纤传感器的这些特点，使其非常适合机燃油液位测量。
这类测量系统一般还具有体积小、重量轻、无动作部件、安装方便等优点，大多可适用于任何液位的测量与控制，特别适用于有腐蚀性的液体液位测量，精度很高。基于光纤传感器的液位测量主要有以下几种方法。
8.1泄漏模式螺旋形光纤液位传感器
泄漏模式光纤液位传感的原理如图3所示。通过液位的变化，引起光纤泄漏模的变化，从而导致光强度发生变化来实现液位的测量。该传感器结构简单、容易实现、成本低，没有可动部件，抗干扰能力强。虽然目前尚无可工业化应用的侧面泄漏式光纤液位传感器，但它的这些特点使其十分适合机燃油液位测量。
8.2遮光式光纤液位传感器
遮光式光纤液位传感器利用了传统的浮子式液位计的原理，加上光纤传光系统组成。如图4所示，由光源发出的光，经光纤传送到遮光转盘，转盘上均匀分布着一系列光窗，光窗位置的设计与液面高度相关。当液面高度变化时，浮子带动遮光盘旋转，测出通过遮光盘的光脉冲数目即可知道液面升高或降低的相对高度。它具有结构简单，容易实施等优点，但是缺点精度不高，且只能测出液面的相对高度，系统体积也较大。对于测量飞机燃油液位来说，该传感器利用了传统浮子式液位计的原理，对油面晃动比较敏感，因此不太适合测量飞机燃油。
8.3磁式光纤液位传感器
磁式光纤液位传感系统如图5所示，主要由导柱、浮体、液位探测器三部分组成。其原理图中（1）表示遮光片，（2）表示浮体，（3）表示探测装置，（4）表示弹簧片，（5）表示导柱，（6）表示光纤孔，（7、8）表示永久磁铁。导柱嵌装有等距排列的永久磁铁，永久磁铁磁极交替排列。导柱两端分别固定在夹持件的两端，主要作为磁性刻度尺和浮体升降的导轨使用。浮体为中空的圆环壳体，套装在磁性导柱上，并漂浮在液体的表面，随着液面沿着导柱上下移动。当浮体沿着导柱上下移动时，浮体内磁铁将受到导轨上交替排列的磁铁反复吸引、排斥，导致固定要弹簧片下端的遮光片也随之左右移动，反复遮挡两根相对位置的光纤。记录光纤的通断次数，就可以算出浮体移动的距离；即测得液面高度。该测量方法精度较高，但是体积较大，装置过于复杂，用来测量飞机燃油液位还需改进。
8.4液面反射式光纤液位传感器
反射式光纤传感器是强度调制型的，原图如图6所示。平面反射镜（液面）垂直于输入和输出光纤的光轴，当反射器前后移动时，耦合进输出光纤内的光功率就会发生变化。在平面镜之后距离为D的位置上形成了一个输入光纤的虚像。因而，确定调制器响应的问题可以等效于计算虚光纤与输出光纤之间的耦合。通过从液体表面反射又被光纤接收的光强信号的变化来探测液面的位移。这种测量方法能够得到较高的精度，但是光纤和透镜的位置对于精度有很大的影响。对机晃动的油面来说，这种测量方法也不太适合。
压力变送器是工业生产实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，它用于检测流体的压力(实际上是压强)，并目可以进行远传信号(4~ 20 mA)传送，信号传送到一次仪表或者机柜卡件进行信号转换（电流信号转化为可视的数字值）后进行压力监控一种自动化控制前端元器件，在工业控制领域有着非常广泛的应用。1151系列压力变送器依其设计新颖、品种规格齐全、安装使用简便、坚固耐振、长期稳定性好、单向过载保护能力强为主要特征。但由于长时间投运，电了元件及其它器件的性能发生了不同程度的变化，会引起各种故障，使测量不准确，对工作危害极大，使运行工况无法进行有效的监测。大唐安徽淮南田家庵发电厂#5机组1997年投运后，就地大量压力测点使用的就是该系列的压力变送器，本文在总结多年的检修实践经验的基础上，从1151系列电容式压力变送器的原理及传感器组件的测试入手，对其常见的故障进行诊断分析。
1工作原理和传感器组件的测试
1151电容式变送器的故障部位一般分为两类:传感器故障和电子检测及放大转换故障。传感器一般不易出现问题，正常的情况下，一般不用过多考虑问题所在，应重点检测电子电路部分。
1.1 1151电容式压力变送器的原理
1151系列电容式变送器有一个可变电容的传感组件，称为“δ”室。该传感器是一个完全封闭的组件。过程压力、差压通过隔离膜片和灌充液硅油传到传感膜片引起位移，传感膜片和电容两极板之间的电容差由电子部件转换成4 ~20 mA的二线制输出的电信号。
电子放大电路由解调器、振荡器、振荡控制放大器、电流检测器、电流控制放大器、电流限制控制器、基准电压、稳压器等组成。通过它们对电容信号进行检测，从而控制振荡频率，再将其转换为电流输出。电气原理图：
1.2传感器组件的测试
传感器有故障时，一般不能在现场修理，只有更换。如果没有发现诸如隔离膜片损坏、漏油等现象，则对传感器组件可按下列步骤来检测:
(1)小心地从插头座上拔出传感器组件引出线插座；
(2)检查内部二极管电路的正、反向偏置:一个回路是红线与黄线，另一个回路是绿线与蓝线，其原理如图1所示。用万用表正极接红线，负极接黄线，其串联回路D1、D2、D5、 D6、R4阻值之和应与测绿线和蓝线的串联回路D3、D4、D7、D8、R5的阻值之和接近或相等。
( 3)检查传感器组件外壳和此四线的电阻，也就是检查电容极板和接外壳的传感膜片之间的电阻，其阻值应大于10 M Ω，由此判断电容故障点。
2 常见故障诊断分析
2.1信号输出过大
2.1.1故障现象
在没有压力(差压)的情况下，变送器输出电流(mA)数过大，有时超量程，调整零点及量程电位器不起作用。
2. 1. 2故障分析
出现此故障的电路部分较多，目经常损坏的是电路的后极，即电流控制放大器到电流控制输出部分。其结构如图2所示。 IC3为电压放大器经V转换为mA输出。用万用表直流电压挡测IC3的3脚电位值，调节量程或零点，3脚电压有变化，说明前极回路正常。同时测量6脚输出应有放大的电压信号输出。从而判断IC3及偏置回路是否正常。若6脚电压始终很高(接近电源电压)，则可判断为IC 3损坏，更换同型号LM 308即可。若IC3 正'常，则用万用表测量V17、V18是否击穿。在实际检测中，经常遇到V17、V18击穿致使输出过大。
2. 2信号输出过小或无输出
2. 2. 1故障现象
(1)增加压力，变送器信号输出值不增大;
(2)有压力，但变送器无信号输出。
2. 2. 2故障分析
先应检查引压管是否漏气或者被堵住以及对节点是否存在跑冒滴漏现象，如果确认不是，检查接线方式，如接线无误再检查电源，如电源正'常再察看传感器零位是否有输出，或者进行简单加压看输出是否变化，有变化证明传感器没有损坏;最后检查加到变压器两端的电压是否正'常;集成运算放大器两端电压是否正'常;判断振荡电路是否起振;量程、零点、电位器调节电压是否变化及15Ω量程负载电阻是否损坏。用检测输出过大的方法检测后极电路，判断后极电路是否正常。
2. 3信号输出不稳定
2.3.1故障现象
压力一定的情况下，变送器输出信号值出现不规则的跳动。
2.3.2故障分析
在排除压力源本身是一个不稳定的压力、仪表或压力传感器抗干扰能力不强、传感器接线不牢、传感器本身振动很厉害、传感器故障等因素后，应检查变压器是否有间歇性的短路、开路和多点接地的现象;检查加到变压器的电压是否稳定正常；稳压电路是否正常；检测各个稳压二极管、测试振荡频率是否稳定;电路板有无虚焊。
2. 4信号输出非线性
2. 4. 1故障现象
加压时变送器输出不变化，再加压变送器输出突然变化，泄压变送器零位回不去。
2. 4. 2故障分析
产生此现象的原因极有可能是压力传感器密封圈引起的。一般是因为密封圈规格原因(太软或太厚)，传感器拧紧时，密封圈被压缩到传感器引压日里面堵塞传感器，加压时压力介质进不去，但是压力很大时突然冲开密封圈，压力传感器受到压力而变化，而压力再次降低时，密封圈又回位堵住引压日，残存的压力释放不出，因此传感器零位又下不来。排除此原因的最佳方法是将传感器卸下，直接察看零位是否正常，如果正'常更换密封圈再试。