传感器详解—电容式传感器

今天来说另一种传感器——电容式传感器。顾名思义，就是将被测物测变化（非电量）转换为电容量变化的一种传感器。

1、优势

电容式传感器相比之前讲到的电阻等传感器，有如下优势：

• 所需输入能量极小，所以特别适宜用来解决输入能量低的测量问题。例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常髙，能感受0.001μm甚至更小的位移；

• 温度稳定性好。传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料， 又因本身发热极小，对稳定性影响甚微；

• 结构简单，易于制造，可以做到非常小；

• 可以在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作；

• 可以实现非接触测量，不用再跟电阻传感器一样粘贴在被测件上，可以减小工作表面粗糙 等对测量的影响。

2、原理与分类

把电容传感器简化后，其实就是两块极板+电容极板间的介质。我们可以先看看电容量（C）的公式：
C=εA/d
ε：电容极板间介质的介电常数；
A：两平行板正对面积；
d：两平行板间的距离
上述三个值的变化都会引起电容的变化，因此根据三个不同因素的变化，电容传感器分成了三种：
变介电常数型：根据介电常数（ε）的变化来观测到电容变化，进一步检测被测体数值的传感器；
变面积型：通过改变两平行板正对面积（A）来检测被测物的传感器；
变极距型：通过改变两平行板间距离（d）来进行检测的传感器。

3、应用场景

在工程应用中，这三类传感器一般测试比如力、加速度、液位、位移、厚度、不同种类物质的鉴别、转角等范围。
比如：
电容式加速度传感器的加速度测定时，利用被测体加速导致极板间隙发生变化完成检测；电容测厚传感器则是将极板布置在板材两侧，极板的厚度产生变化，电容也会相应改变。

其中，极距变化型因为极板间距离25-200um范围间，而最大的位移应小于间距的1/10，测试过程中动态特性好，灵敏度和精度较高（精度可达纳米级），所以极距变化型传感器在微位移测量中应用最广。除微小线位移外，还可测量由于力、压力、振动等引起的极距变化。
变面积型传感器则是一般用来测量角位移或较大的线位移；
变介电常数型传感器可用来鉴别材质，也可对介质的温度、密度、湿度进行测定。

4、其他

在实际检测中，电容式传感器中电容值以及电容变化值都十分微小，小到还不能直接被仪表显示，也很难被记录接收。因此这时候还是需要专用的测量电路来检出这一微小增量，并且将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率等。至于测量电路总共有好几种，这里就不一一展开了。