电容式传感器的应用

什么是电容式传感器

电容式传感器实际的基本包括了一个接收器Tx与一个发射器Rx，其分别都具有在印刷电路板(PCB)层上成形的金属走线。在接收器与发射器走线之间会形成一个电场。电容传感器却可以探测与传感器电极特性不同的导体和尽缘体。当有物体靠近时，电极的电场就会发生改变。从而感应出物体的位移变化量。


图一：电容式传感器

电容式传感器的应用

电容式传感器应用领域主要有：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，量测液体位准、湿度、以及物质成分等。

电容式传感器有三种基本类型： 变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度 制电路、运算放大器电路、二极管双 T 形交流电桥和环行二极管充放电法等。


图二：电容式传感器的应用

调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分,当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。

微变电容式传感器的设计

因为同轴电缆的分布电容与分布电感比较均匀且稳定, 其特性阻抗基本保持不变.同轴电缆的分布电容为


分布电感为


式中　l 为同轴电缆长度; E为填充介质的介电常数;D1 为芯线直径;D2 为屏蔽网的内径; L为填充介质的磁导率; μ0 为真空磁导率. 同轴电缆的分布电容与电感除与其长度成正比外, 还与屏蔽网的内径和形状密切相关。当同轴电缆足够长时, 其分布电感均比较大; 此时外力引起的同轴电缆变形只会引起分布电容和分布电感的微小变化。 因为分布电容与分布电感的变化趋势相反, 在设计该传感器时, 为了突出分布电容对传感器性能的影响, 要在同轴电缆的芯线上串接一个较大的电感, 使分布电感的变化率远远小于分布电容的变化率。