电容传感器的性能及位移传感

电容传感器是指将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。它是非接触型传感器，其根据在传感器电极和GND或人手之间产生的电容变化来检测物体。实际上它本身（或和被测物体）就是一个可变电容器。传感器电极可以是任何导电金属，因此可以设计低成本且高度灵活的系统。

电容传感器灵敏度高，具有以下特点：结构简单，适应性强，易于制造，易于保证高的精度，可以做成小尺寸传感器，以实现特殊测量，能工作在高低温，强辐射及强磁场等恶劣环境中，可以承受高压力，高冲击，过载等。 第二点动态响应好，由于极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，又其可动部分可以做的很小很薄，因此其固有频率很高动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特别适合动态测量。

第三点是较大的相对变化量只受线性区限制，其值可达到百分之百或更大，可以保证传感器的分辨率和测量范围。第四点发热小，自身温度系数小，由于电容传感器的电容值于电极材料无关，可以选择温度系数低的材料，在外界温度稳定的情况下，可以保证好的稳定性。

那么哪些因素会影响到电容传感器的精度。总的来讲，电容式位移传感器电容值变化可能相关的因素包括探头到被测物之间的距离，相对面积和二者之间的介质变化。例如灰尘，油污，水气会改变介质。远离或者靠近被测物，也会改变测量值。正对面积也会有影响。通常对于测距电容传感器来讲，如果要精度高，就要严格限制介质和正对面积的变化。当然温度变化等因素也会影响传感器精度，还有被测物接地，可以屏蔽由电源带来的干扰，从而提高精度。

位移测量是线位移测量和角位移测量的总称，位移测量在机电一体化制造系统中应用十分广泛。一般位移传感器主要有：电感传感器、电容传感器、感应同步器、光栅传感器、磁栅传感器、旋转变压器和光电编码盘等。其中，旋转变压器和光电编码盘只能测试角位移，其它几种传感器既有直线型位移传感器又有角度型位移传感器。

光栅是一种新型的位移检测元件，是一种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量装置。它的特点是测量精确度高（可达±1μm）、响应速度快、量程范围大、可进行非接触测量等。其易于实现数字测量和自动控制，广泛用于数控机床和精密测量中。光栅的构造。所谓光栅就是在透明的玻璃板上，均匀地刻出许多明暗相间的条纹，或在金属镜面上均匀地划出许多间隔相等的条纹，通常线条的间隙和宽度是相等的。以透光的玻璃为载体的称为透射光栅，不透光的金属为载体的称为反射光栅；根据光栅的外形可分为直线光栅和圆光栅。

光栅位移传感器的结构如图所示。它主要由标尺光栅、指示光栅、光电器件和光源等组成。通常，标尺光栅和被测物体相连，随被测物体的直线位移而产生位移。一般标尺光栅和指示光栅的刻线密度是相同的，而刻线之间的距离W称为栅距。光栅条纹密度一般为每毫米25、50、100、250条等。