电容式传感器

电容式传感器概述

电容式传感器的应用技术近几十年来有了较大的进展，由于电容测微技术的不断完善，作为高精度非接触式测量手段，广泛应用于科研和生产加工过程。一般产品有测微仪器。

过去，电容式传感器主要用于位移、振动、角度、加速度等机械量精密测量。现在还逐渐扩大应用于压力、压差、液面、成份含量等方面的测量。

电容式传感器的特点

小功率、高阻抗。电容器密度很小，一般在几十~几百微法，具有高输出阻抗。
静电引力小（极板间），工作所需作用力很小。
可动质量小，具有较高的固有频率，所以动态响应特性好。
本身发热影响小。
可进行非接触测量。

电容式传感器的定义

电容式传感器是将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。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εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。δ、A、ε 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(见电容式压力传感器)。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。

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。

电容式传感器工作原理

 由物理学可知，在忽略边缘效应的情况下，平板电容器的电容量为  
                                                                                                       （F） （9.22)

式中   

        ε0 —真空的介电常数，  =8.854×10-12F/m；

        ε—极板间介质的相对介电系数，在空气中，ε=1；

        S—极板的遮盖面积（m2）；

        δ—两平行极板间的距离（m)。

上式表明，当被测量δ、S或ε发生变化时，会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化，再通过配套的测量电路，将电容的变化转换为电信号输出。根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种，其中极距变化型和面积变化型应用较广。

电容式传感器应用

1、 ZCS1100型精密电容位移传感器。本传感器可以在线检测压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量等。该传感器是一个单一的通道，高性能线性位移测量系统，创新的电容位移测量技术，提供了纳米测量能力，成本低，适合测量任何导电目标。

2、FWS-CⅡ型在线电容式水分检测传感器。在线检测各种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率，特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮 机、船舶机械。 监视循环油系统是否存在泄漏，如水冷却器等。 监视工作机械的密封元件是否损坏，引起外部水渗入。 监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响。，从而精确测定润滑油质量，预测设备故障，是设备润滑油管理中的关键部件。本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻，结构可靠，测量精度高，工作稳定，具有较强的抗电磁干扰性能。封闭型不锈钢制外壳具有很好的防水防尘性能。可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。是理想的在线水分检测传感器。