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。電容式傳感器工作原理及類型由物理學(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 (F) 式中 真空的介電常數(shù), =8.85410-12F/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,會引起電容的變化。
如果保持其中的兩個參數(shù)不變,而僅改變另一個參數(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。
極距變化型電容式傳感器極距變化型電容式傳感器靈敏度K與極距平方成反比,極距愈小,靈敏度愈高。一般通過減小初始極距來提高靈敏度。由于電容量C與極距δ呈非線性關(guān)系,故這將引起非線性誤差。為了減小這一誤差,通常規(guī)定測量范圍 。一般取極距變化范圍為。此時,傳感器的靈敏度近似為常數(shù)。
實際應(yīng)用中,為了提高傳感器的靈敏度、增大線性工作范圍和克服外界條件(如電源電壓、環(huán)境溫度等)的變化對測量精度的影響,常常采用差動型電容式傳感器。