传感技术复习笔记（5）——电容式传感器

1 工作原理

• 电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。
• 结构简单、高分辨力、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，这是它的独特优点。随着集成电路技术和计算机技术的发展，促使它扬长避短，成为一种很有发展前途的传感器。
• 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，当忽略边缘效应影响时，其电容量与真空介电常数ε0 (8.854×10-12F/m)、极板间介质的相对介电常数εr、极板的有效面积A以及两极板间的距离δ有关：
• 若被测量的变化使式中δ、A、εr三个参量中任意一个发生变化时，都会引起电容量的变化，再通过测量电路就可转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。
  

2 变极距型电容传感器

• 变极距型电容传感器只有在|Δδ/δ0| 很小(小测量范围)时，才有近似的线性输出；
• 灵敏度S与初始极距δ0的平方成反比，故可用减少δ0的办法来提高灵敏度。
  
• 可使用固体介质变极距型电容传感器和变极距型差动式结构来减少δ0
  

3 变面积型电容传感器

1. 板状线位移型
   
2. 角位移型
   
3. 筒状电容传感器
   
4. 差动结构
   

4 变介质型电容传感器

• 两平行极板固定不动，极距为δ0，相对介电常数为εr2的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变两种介质的极板覆盖面积。传感器的总电容量C为两个电容C1和C2的并联结果。
  
• 电容的变化与电介质二的移动量 成线性关系。
• 上述原理可用于非导电散材物料的物位测量。将电容器极板插入被监测的介质中，随着灌装量的增加，极板覆盖面增大。