基本介紹
- 中文名：電容感測器
- 外文名：Capacitive Transducer
- 實質：一類感測器
- 特點：結構簡單等
- 套用：測量金屬表面狀況等
- 學科：電子工程
原理,特點,套用,改善方法,
原理
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，電容式感測器可分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三種，其中極距變化型和面積變化型的套用較廣泛。
特點
電容感測器有如下一些特點：
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），因此電容感測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，電容感測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動態回響快以及能在惡劣的環境下工作。但由於電容感測器的初始電容較小，受引線電容、寄生電容的干擾影響較大；另一方面電容感測器輸出特性為非線性。
套用
電容感測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說來原理比較簡單，無需再作任何預變換。
用來測量金屬表面狀況、距離尺寸、振幅等量的感測器，往往採用單極式變間隙電容感測器，使用時常將被測物作為感測器的一個極板，而另一個電極板在感測器內。近年來已採用這種方法測量油膜等物質的厚度。這類感測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。
測物位的感測器多數是採用電容式感測器作轉換元件。電容式感測器還可用於測量原油中含水量、糧食中的含水量等。
當電容感測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。
改善方法
為了提高電容感測器的靈敏度、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：
②提高電源頻率；
③用雙層禁止線，將電路同電容感測器裝在一個殼體中，可以減小寄生電容及外界干擾的影響。
