電容傳感器

由物理學知識可知，在忽略邊緣效應的情況下，平板電容器的電容量為

式中，

——真空的介電常數，

=

；

ε——極板間介質的相對介電係數，在空氣中，ε=1；

A——極板的重合面積，m²；

δ——兩平行極板間的距離，m。

上式表明，當被測量δ，A或ε發生變化時，都會引起電容的變化。如果保持其中的兩個參數不變，僅改變另一個參數，就可以把該參數的變化變換為單一電容量的變化，再通過配套的測量電路，將電容的變化轉換為電信號輸出。根據電容器參數變化的特性，電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三種，其中極距變化型和麪積變化型的應用較廣泛。 ^[1] 

電容傳感器有如下一些特點：

①結構簡單；

②動作時需要能量低，由於帶電極板間靜電吸引力很小（約幾個

N），因此電容傳感器特別適宜用來解決輸入能量低的測量問題；

③動態特性好，電容傳感器的相對變化量只受線性和其它實際條件的限制，如果使用高線性電路時，電容變化量可達100%或更大；

④自然效應小；

⑤動態響應快以及能在惡劣的環境下工作。但由於電容傳感器的初始電容較小，受引線電容、寄生電容的干擾影響較大；另一方面電容傳感器輸出特性為非線性。 ^[2] 

電容傳感器可以直接測量的非電量為：直線位移、角位移及介質的幾何尺寸（或稱物位），直線位移及角位移可以是靜態的，也可以是動態的，例如是直線振動及角振動。用於上述三類非電參數變換測量的變換器一般説來原理比較簡單，無需再作任何預變換。

用來測量金屬表面狀況、距離尺寸、振幅等量的傳感器，往往採用單極式變間隙電容傳感器，使用時常將被測物作為傳感器的一個極板，而另一個電極板在傳感器內。近年來已採用這種方法測量油膜等物質的厚度。這類傳感器的動態範圍均比較小，約為十分之幾毫米左右，而靈敏度則在很大程度上取決於選材、結構的合理性及寄生參數影響的消除。精度達到0.1μm，分辨力為0.025μm。可以實現非接觸測量，它加給被測對象的力極小，可忽略不計。

測物位的傳感器多數是採用電容式傳感器作轉換元件。電容式傳感器還可用於測量原油中含水量、糧食中的含水量等。

當電容傳感器用於測量其他物理量時，必須進行預變換，將被測參數轉換成d，S或ε的變化。例如在測量壓力時，要用彈性元件先將壓力轉換成d的變化。 ^[3] 

為了提高電容傳感器的靈敏度、減小界干擾、寄生電容及漏電的影響和減小線性誤差，可採用以下措施：

①由於當d減小時可使電容量加大從而使靈敏度增加，但d過小容易引起電容器擊穿，一般可以在極板間放置雲母片來改善；

②提高電源頻率；

③用雙層屏蔽線，將電路同電容傳感器裝在一個殼體中，可以減小寄生電容及外界干擾的影響。 ^[2]