1、 电容式传感器电容式传感器 一、电容式传感器的概述一、电容式传感器的概述 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置， 它本身就是 一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度 高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振 动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。 电容式传感器是一种将待测非电量转换成电容变化量的器件，具有体积小， 功耗低，灵敏度高等优点，被广泛应用于加速度、角速度、压力等各种非电量的 测量。把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感 部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行
2、电极组成、极间 以空气为介质的电容器 （见图） 。 若忽略边缘效应， 平板电容器的电容为A， 式中为极间介质的介电常数， A 为两电极互相覆盖的有效面积,为两电极之间 的距离。、A、 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测 量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距 变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。面 积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。 介质变化型常用于物位测量和各 种介质的温度、密度、湿度的测定。 电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高,过载能力强，动态响 应特性好和对高温、 辐射、 强振等恶劣条
3、件的适应性强等。 缺点是输出有非线性， 寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。 70 年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的 电容式传感器。这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺 点得到克服。电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。 典型的电容式传感器由上下电极、 绝缘体和衬底构成。 当薄膜受压力作用时， 薄膜会发生一定的变形，因此，上下电极之间的距离发生一定的变化，从而使电 容发生变化。 但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性 关系，因此，要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线
4、性补偿。 二、电容式传感器的工作原理和结构形式二、电容式传感器的工作原理和结构形式 2.1 电容式传感器的工作原理 电容式传感器是一个具有可变参量的电容器， 将被测非电量变化成为电容量。 多数情况下， 电容式传感器是指以空气为介质的两个平行金属极板组成的可变电 容器。 由两平行极板组成一个电容器，若忽略其边缘效应，则它的电容量可用下式 表示 C= S/= 0r S/ 式中 S 极板相互遮盖面积（m2） ； 两平行板间距离（m） ； r 极板间介质的相对介电常数； 0 真空的介电常数（8.851012F/m） 。 由式可见， 在r、S、三个参量中，只要保持其中两个不变，改变其中的一个均可使 电容
5、量 C 改变，这就是电容式传感器的工作原理。所以电容式传感器可以分为三 种类型：改变极板面积的变面积型；改变极板间距离的变极距型；改变极板间介 质的变介质型。 2 .2 电容式传感器的分类 2.2.1 固定介质变间隙电容式传感器 固定介质变间隙电容式传感器结构 2.2.2 变面积电容式传感器 变面积电容式传感器结构： 2.3 变介电常数电容式传感器 变介电常数电容式传感器结构： 三三、 、电容式传感器的应用 电容式传感器的应用 原理原理 3.1 压差式电容压力传感器 构成：膜片动极板，一般采用不锈钢材料制作，需要加预张力。玻璃基 片上镀有金属层的球面极板，这里的球面很夸张。球面的作用是压力过大
6、时（过 载）保护膜片，并改善系统的非线性。后续测量电路常使用差动脉冲调宽电路。 由压差式电容压力传感器工作过程可得： （C1-C2）/（C1+C2）=K（PH-PL） 式中 C1 C2 电容（F） ； K 常数，与传感器结构有关； PH 两球室承受的低压（Pa） ； PL 两球室承受的高压（Pa） 。 3.2 电容测厚仪 电容式测厚仪是用于测量金属带材在轧制过程中的厚度的在线检测仪器。 在被测带材的上下两侧各设置一块面积相等、与带材距离相等的 极板，两块 用导线连接作为传感器的一个电极板。带材本身则是电容 传感器的另一个电极 板。当带材在轧制过程中的厚度发生变化时，引起电容的变化。通过测量电路与 指示仪表可显示带材的厚度。 3.3 电容传声器 传声器（Microphone）即话筒，音译作麦克风，目前使用的话筒 大多是动圈式和电容式。 电容传声器以振膜与后极板间的电容量变化通过前置放大器变换为输出
