电容式 传感器是将被测量如尺寸、位移、压力等非电量的变化转化成电容量的变化的一种传感器。目前电容式传感器已在位移、振动、角度、加速度等机械量的精密仪器,以及压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量得到了广泛应用。电容式传感器的精度和稳定性也日益提高。作为一种频响宽、可非接触测量的传感器,电容式传感器应用广泛,有着很好的发展前景。
电容式传感器的优点是:结构简单,体积小,分辨率高;可实现非接触测量;动态响应好;温度稳定性好,本身发热极小;能在高温辐射和强振动等恶劣环境下工作。
其缺点是:电容量小(一般为几十到几百微法);功率小,输出阻抗高,因此,负载能力差,易受外界干扰产生不稳定现象。
如图所示为各种形式的电容式传感器:
电容式传感器的基本原理是基于物体间的电容量与其结构参数之间的关系。由绝缘介质分开,两个平行金属板组成的平板电容器,如下图所示。
由物理学可知,如果不考虑边缘效应,其电容量为:
式屮,S为极板相对覆盖面积,δ为两平行极板间距离,εr 为极板间介质相对介电常数,ε0 为真空介电常数;ε为电容极板间介质的介电常数,且满足ε=ε0 εr
当被测参数变化使得式图1中的S、δ或ε发生变化吋,电容量C也随之变化。如果保持其屮两个参数不变,若仅改变其中一个参数,就可把该参数的变化转换为电容量的变化△C,这就组成了电容式传感器。在实际使用中,电容式传感器常以改变平行板间距来进行测量,因为这样获得的测量灵敏度高于改变其他参数的电容式传感器的灵敏度。改变平行极板间距δ的传感器可以测量微米数量级的位移,改变面积S的传感器则适用于测量厘米级的位移,改变介电常数式的传感器适用于液面和厚度的测量。
根据上述原理可知,电容式传感器有三种基本类型,即变极距型(变间隙型)、变面积型和变介质型。而它们的电极形状又有平板型、圆柱型和球平面型三种。
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