第四节 电容式传感器
一．变换原理
电容式传感器—将被测物理量转换为电容量变化的装置。从物理学知道，两个平行板组成的电容器其电容量为：
式中 ε—极板间介质的相对介电常数，在空气中ε=1； ε0—真空中介电常数（8.8ⅹ10-12F/m）δ—极板间距离；A—极板面积
1、极距变化型 当A和ε不变时，电容C与极距δ呈非线性关系，传感器灵敏度S为
可见灵敏度S与极距平方成反比。且δ↓→S↑为了减小分线性误差，通常在较小间隙变化范围内工作，一般取变化范围。
优点：(1) 灵敏度高;(2)可进行动态非线性接触式测量; (3) 适用小位移测量。缺点：(1)非线性误差;(2)杂散电容对灵敏度和测量精度有影响;(3)配套用电子线路复杂。
2、面积变化型
分类：（1）角位移型（2）线位移型（3）圆柱体线位移型
（1）当转板有一转角时，动定两极互盖面积就改变，导致电容量改变。由于覆盖面积为
灵敏度为
（2）平面线位移型
灵敏度S 为
（3）为圆柱体线位移型
灵敏度S 为
特点：（a）面积变化型优点是输出与输入成线性关系。
（b）灵敏度较低。
（c）适用较大直线及角位移测量。
3、介质变化型
此中传感器利用介质介电常数变化将被量转换为电量。可用来测量电介
质液位或某些材料的厚度、温度和湿度等，见图 。
二．测量电路
1、电桥型电路
形式：（1）电阻、电容 （2）电感、电容
电桥输出为一调幅波，经放大、相敏检波、滤波后输出，推动仪表。
2、直流极化电路
此电路多用于电容传声器或压力传感器中。弹性膜片在外力(气压、液位)作用下发生位移，使电容量发生变化。电容的变化由高阻值电阻R 转换为电压变化。分析表明，输出电压 uy和膜片移动速度近似成一阶系统的关系。
3、谐振电路
特点：（1）灵敏 2）工作点不易选好（3）变化范围窄（4）连线杂散
电容影响也较大。
4、调频电路
特点：（1）抗干扰性强（2）灵敏度高（0.01μm）（3）电缆电容影响大，使用中麻烦。
5、运算放大器电路
如前所述极距变化型传感器中，极距变化与电容变化量成非线性关系，使用中受到制约。而采用比例运算放大器电路输出电压 uy 和位移量是线性变化，正好克服上述缺点。