電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)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。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(zhì)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。

　　70年代末以來，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點(diǎn)得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?/p>

　　典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構(gòu)成。當(dāng)薄膜受壓力作用時(shí)，薄膜會發(fā)生一定的變形，因此，上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關(guān)系是非線性關(guān)系，因此，要用具有補(bǔ)償功能的測量電路對輸出電容進(jìn)行非線性補(bǔ)償。

　　電容式傳感器的工作原理

　　電容式傳感器是將被測量（如尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。

　　電容傳感器工作原理

　　由物理學(xué)可知，在忽略邊緣效應(yīng)的情況下，平板電容器的電容量為

　　式中

　　 —真空的介電常數(shù)， =8.854×10-12F/m；

　　ε—極板間介質(zhì)的相對介電系數(shù)，在空氣中，ε=1；

　　S—極板的遮蓋面積（m2）；

　　δ—兩平行極板間的距離（m）。

　　上式表明，當(dāng)被測量δ、S或ε發(fā)生變化時(shí)，會引起電容的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)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(zhuǎn)換為電信號輸出。

　　根據(jù)電容器參數(shù)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(zhì)變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應(yīng)用較廣。

　　電容傳感器特點(diǎn)

　　主要優(yōu)點(diǎn)：

　?。?） 輸人能量小而靈敏度高；

　　（2）電參量相對變化大；

　?。?） 動態(tài)特性好；

　?。?） 能量損耗??；

　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好。

　　主要缺點(diǎn)：（1）非線性大。（2）電纜分布電容影響大。

　　電容式傳感器應(yīng)用舉例：電容式轉(zhuǎn)速傳感器

　　當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)，電容量發(fā)生周期性變化，通過測量電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號，則頻率計(jì)顯示的頻率代表轉(zhuǎn)速大小。

　　電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型

　　變極距（δ）型： （a）、（e）

　　變面積型（A）型： （b）、（c）、（d）、（f）、（g） （h）

　　變介電常數(shù)（ε ）型： （i）～（l）

　?。?） 變極距型電容傳感器

　?。?） 變面積型電容傳感器

　　角位移：極板2的軸由被測物體帶動而旋轉(zhuǎn)一個(gè)角位移θ度時(shí)，兩極板的遮蓋面積A↓→電容量↓。

　　板狀線位移：極板2可以左右移動。極板1固定不動。

　　筒形：外圓筒不動，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線運(yùn)動。

　?。?） 變介電常數(shù)型電容傳感器

　　因?yàn)楦鞣N介質(zhì)的相對介電常數(shù)不同，所以在電容器兩極板間插入不同介質(zhì)時(shí)，電容器的電容量也就不同。這種傳感器可用來測量物位或液位，也可測量位移。

　　電容式傳感器的應(yīng)用及其注意事項(xiàng)

　　電容式傳感器的應(yīng)用

　　電容式傳感器不但廣泛用于位移、振動、角度、加速度等機(jī)械量的精密測量，而且還逐步地?cái)U(kuò)大到用于壓力、差壓、液位、物位或成份含量等方面的測量。

　　電容式傳感器應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

　　（1） 克服寄生電容的影響

　　電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其電容量都很?。╬F到幾十pF），屬于小功率、高阻抗器件，因此極易外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且具有隨機(jī)性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯(lián)，嚴(yán)重影響感器的輸出特性，甚至?xí)蜎]有用信號而不能使用。消滅寄生電容影響，是電容式傳感器實(shí)用的關(guān)鍵。

　　（2） 克服邊緣效應(yīng)的影響

　　實(shí)際上當(dāng)極板厚度h與極距δ之比相對較大時(shí)，邊緣效

　　應(yīng)的影響就不能忽略；邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產(chǎn)生非線性。

　?。?） 克服靜電引力的影響

　　電容式傳感器兩極板間因存在靜電場，而作用有靜電引力或力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數(shù)、極間距離有關(guān)。通常這種靜電引力很小，但在采用推動力很小的彈性敏感元件情況下，須考慮因靜電引力造成的測量誤差。

　　（4） 溫度影響

　　環(huán)境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對被測輸入量的單值函數(shù)關(guān)系，從而引入溫度干擾誤差。溫度影響主要包括溫度對結(jié)構(gòu)尺寸和對介質(zhì)的影響兩方面。