電容式傳感器分為哪三種_電容式傳感器原理

　　電容式傳感器分為哪三種

　　電容式傳感器可分為3類，即極距變化型、面積變化型和介質變化型電容傳感器。

　　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，下極板為動極板，設初始時兩極板距離為d0。當距離減小Δd時，則電容相應增大。

　　可見，電容的相對變化與位移之間為非線性關系。在誤差允許的范圍內，通過略去高次項可得近似的線性關系，即電容式傳感器的靜態靈敏度為。如果只考慮二次非線性項，忽略其他更高次項，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，同時克服外界條件如電源電壓、環境溫度變化的影響，實際應用中常采用差動式的電容傳感器。差動電容器總電容變化為：

　　所以電容式傳感器做成差動式結構后，在同樣的位移相對變化時，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，當上極板移動時，兩極板間的相對覆蓋面積發生變化，從而引起電容的變化。這樣的傳感器可以用于位移測量。根據應用要求，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。

　　當動極板發生線位移后，相對應的電容變化為，其中K為靈敏度，其輸出與輸入成線性關系，靈敏度是常數。但是平行板型結構對極距變化特別敏感，測量精度會受影響，而圓筒形結構受極板徑向變化的影響很小，成為實際中最常采用的結構。當動筒移動后，兩筒重疊長度發生變化時，電容變化為：其中K為靈敏度。

　　3 變介質型電容傳感器

　　變介質型電容傳感器是在電容器兩極板間插入不同介質導致電容變化，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，電容器的介質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。

　　另一種測量介質介電常數變化的電容式傳感器結構和平行板電容器類似，當有一厚度未知，但相對介電常數已知的介質通過極板間隙時，可以通過電容的改變得到介質厚度。

　　電容式傳感器原理

　　電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方面的測量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。

　　電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計，電容式物位計的電容檢測元件是根據圓筒形電容器原理進行工作的，電容器由兩個絕緣的同軸圓柱極板內電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數為ε的電解質時，兩圓筒間的電容量為

　　式中L為兩筒相互重合部分的長度；D為外筒電極的直徑；d為內筒電極的直徑；e為中間介質的電介常數。在實際測量中D、d、e是基本不變的，故測得C即可知道液位的高低，這也是電容式傳感器具有使用方便，結構簡單和靈敏度高，價格便宜等特點的原因之一。

　　電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，由于被測量變化將導致電容器電容量變化，通過測量電路，可把電容量的變化轉換為電信號輸出。測知電信號的大小，可判斷被測量的大小。這就是電容式傳感器的基本工作原理。