利用電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)換成電容量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)化的器件或裝置，稱為電容式傳感器。電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉(zhuǎn)物理量或機(jī)械量換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。本文收集整理了一些資料，期望能對(duì)各位讀者有比較大的參閱價(jià)值。

電容式傳感器的類型

根據(jù)傳感器的工作原理可把電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。

1、變極距型電容傳感器

以平行板電容器為例，上極板固定不動(dòng)，下極板為動(dòng)極板，設(shè)初始時(shí)兩極板距離為d0。當(dāng)距離減小Δd時(shí)，則電容相應(yīng)增大，電容的相對(duì)變化為

可見，電容的相對(duì)變化與位移之間為非線性關(guān)系。在誤差允許的范圍內(nèi)，通過略去高次項(xiàng)可得近似的線性關(guān)系，即電容式傳感器的靜態(tài)靈敏度為。如果只考慮二次非線性項(xiàng)，忽略其他更高次項(xiàng)，可得非線性誤差為：

非線性誤差隨著極距減小而增大，通常極距變化范圍為Δd/d0≈0.1，因此，此類電容傳感器僅適用于較小位移的測量(0.01 μm～1 mm)。

為了提高靈敏度和減小非線性誤差，同時(shí)克服外界條件如電源電壓、環(huán)境溫度變化的影響，實(shí)際應(yīng)用中常采用差動(dòng)式的電容傳感器。差動(dòng)電容器總電容變化為：

所以電容式傳感器做成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)后，在同樣的位移相對(duì)變化時(shí)，非線性誤差大大降低，而靈敏度比單極距電容傳感器提高了一倍。

2、變面積型電容傳感器

以平行板電容器為例的變面積型電容傳感器，當(dāng)上極板移動(dòng)時(shí)，兩極板間的相對(duì)覆蓋面積發(fā)生變化，從而引起電容的變化。這樣的傳感器可以用于位移測量。根據(jù)應(yīng)用要求，有平行板型極板、圓筒型極板和鋸齒型極板等，這類傳感器具有較好的線性特性。

當(dāng)動(dòng)極板發(fā)生線位移后，相對(duì)應(yīng)的電容變化為，其中K為靈敏度，其輸出與輸入成線性關(guān)系，靈敏度是常數(shù)。但是平行板型結(jié)構(gòu)對(duì)極距變化特別敏感，測量精度會(huì)受影響，而圓筒形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，成為實(shí)際中最常采用的結(jié)構(gòu)。當(dāng)動(dòng)筒移動(dòng)后，兩筒重疊長度發(fā)生變化時(shí)，電容變化為：其中K為靈敏度。

3、變介質(zhì)型電容傳感器

變介質(zhì)型電容傳感器是在電容器兩極板間插入不同介質(zhì)導(dǎo)致電容變化，利用這種原理制作的傳感器常被用來測量液體的液位(即電容式液位傳感器)和材料的厚度等。

同軸圓柱形電容器的初始電容為。測量時(shí)，電容器的介質(zhì)一部分是被測液位的液體，一部分是空氣。C1為液體高度為hx時(shí)形成的電容，C2是空氣高度h-hx形成的電容，由于C1和C2可以等效看成并聯(lián)的兩電容器，所以總電容為：

可知，電容理論上與液面高度成線性關(guān)系，只要測出電容的大小，就可得到液位高度。

另一種測量介質(zhì)介電常數(shù)變化的電容式傳感器結(jié)構(gòu)和平行板電容器類似，當(dāng)有一厚度未知，但相對(duì)介電常數(shù)已知的介質(zhì)通過極板間隙時(shí)，可以通過電容的改變得到介質(zhì)厚度。

電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)

1、溫度穩(wěn)定性好

電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，這有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。

2、結(jié)構(gòu)簡單

電感式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測量;能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等;能測量超高溫和低壓差，也能對(duì)帶磁工作進(jìn)行測量。

3、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好

電感式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小(約幾個(gè)10^(-5)N)，需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動(dòng)態(tài)測量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。

4、可以非接觸測量且靈敏度高

可非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測量的影響。

相信通過閱讀上面的內(nèi)容，大家對(duì)電容式傳感器有了初步的了解，同時(shí)也希望大家在學(xué)習(xí)過程中，做好總結(jié)，這樣才能不斷提升自己的專業(yè)水平。