電容傳感器的作用：電容傳感器主要用來測(cè)量什么的？

　　電容傳感器主要用來測(cè)量力學(xué)方面的物理量。
　　電容傳感器，是一種將其他量的變換以電容的變化體現(xiàn)出來的儀器。其主要由上下兩電極、絕緣體、襯底構(gòu)成，在壓力作用下，薄膜產(chǎn)生一定的形變，上下級(jí)間距離發(fā)生變化，導(dǎo)致電容變化，由電容的變化可得到壓力的變化。
　　根據(jù)測(cè)量目的的不同，改變（設(shè)計(jì)）電容傳感器的結(jié)構(gòu)，可以對(duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)量。
　　將電容傳感器的電極做成膜片狀，來感受空氣中聲音的振動(dòng)，可以做成話筒；
　　將電容傳感器的兩電極之間的支架做成隨壓力變形的承重結(jié)構(gòu)，由支架隨壓力變形導(dǎo)致電極距離（電容）變化，可以測(cè)量橋梁的振動(dòng)或電子秤的測(cè)量元件；
　　將電容傳感器的兩電極之間的支架采用隨溫度變形的材料，由支架隨溫度變形導(dǎo)致電極距離（電容）變化，可以用來測(cè)量溫度；
　　將流體的壓強(qiáng)引導(dǎo)到膜片狀電極表面，時(shí)電極（膜片）發(fā)生位移，可測(cè)量流體壓強(qiáng)；
　　…………

電容傳感器是利用電容量變化原理來檢測(cè)一些非電量，把非電量轉(zhuǎn)化成頻率、電壓、電流等。
常用的有
電容式壓力傳感器檢測(cè)壓力；
電容式位移傳感器測(cè)量（零件尺寸、壓力、液位等）；
電容式聲壓傳感器；
電容式水分傳感器等。

調(diào)頻電路。電容傳感器是振蕩電路中的選頻元件。電容值變化引起振蕩頻率變化，由頻率值表征被測(cè)物理量變化。交流電橋電路。傳感器電容變化，引起電橋失衡，橋路輸出變化。橋路輸出變化表征被測(cè)物理量變化。

用來高精度測(cè)量位移量的比較多，例如ZNXsensor電容位移傳感器，其利用電容原理測(cè)量位移量，精度可以達(dá)到納米級(jí)。

ZNXsensor電容位移傳感器，其利用電容原理測(cè)量位移量，精度可以達(dá)到納米級(jí)。

電容傳感器的作用：電容傳感器有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？

電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)
1、優(yōu)點(diǎn)
　　（1）溫度穩(wěn)定性好
電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，這有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。
　　（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
　　電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測(cè)量；能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測(cè)量超高溫和低壓差，也能對(duì)帶磁工作進(jìn)行測(cè)量。
　　（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好
　　電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小（約幾個(gè)10^（-5）N），需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)。
　　（4）可以非接觸測(cè)量且靈敏度高
　　可非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。
　　電容式傳感器除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測(cè)極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能感應(yīng)0.01μm甚至更小的位移。由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)并接成電橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。
1、缺點(diǎn)
　　（1）輸出阻抗高，負(fù)載能力差。
　　無論何種類型的電容式傳感器，受電極板幾何尺寸的限制，其電容量都很小，一般為幾十到幾百皮法（pF），因此使電容式傳感器的輸出阻抗很高，可達(dá)～Ω。由于輸出阻抗很高，因而輸出功率小，負(fù)載能力差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無法工作。
　　（2）寄生電容影響大。
　　電容式傳感器的初始電容量很小，而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容、電子線路的雜散電容以及電容極板與周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等寄生電容卻較大。寄生電容的存在不但降低了測(cè)量靈敏度，而且引起非線性輸出。由于寄生電容是隨機(jī)變化的．因而使傳感器處于不穩(wěn)定的工作狀態(tài)．影響測(cè)量準(zhǔn)確度。
簡(jiǎn)單來說，就是什么物體都可以檢測(cè)，但是檢測(cè)距離不遠(yuǎn)。

電容傳感器的作用：電容傳感器的原理及應(yīng)用

1引言
用電測(cè)法測(cè)量非電學(xué)量時(shí)，首先必須將被測(cè)的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入之。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱為變換器；根據(jù)不同非電學(xué)量的特點(diǎn)設(shè)計(jì)成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器，而被測(cè)的力學(xué)量（如位移、力、速度等）轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。
 從能量轉(zhuǎn)換的角度而言，電容變換器為無源變換器，需要將所測(cè)的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。力學(xué)量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無不與長(zhǎng)度有著密切聯(lián)系的量；這些量又都是通過長(zhǎng)度或者長(zhǎng)度比值進(jìn)行測(cè)量的量，而其測(cè)量方法的相互關(guān)系也很密切。另外，在有些條件下，這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測(cè)量極小距離或位移時(shí)要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實(shí)現(xiàn)高分辨率要求，在精密測(cè)量中所普遍使用的差動(dòng)變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到1～5 μm數(shù)量級(jí)；而有一種電容測(cè)微儀，他的分辨率為0.01 μm，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為100±5 μm，因此他在精密小位移測(cè)量中受到青睞。
 對(duì)于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測(cè)量，一般來說采用電容式傳感器進(jìn)行檢測(cè)比較適宜，主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
　　(1)測(cè)量范圍大其相對(duì)變化率可超過100%；
　　(2)靈敏度高如用比率變壓器電橋測(cè)量，相對(duì)變化量可達(dá)10-7數(shù)量級(jí)；
　　(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快因其可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量，也可靜態(tài)測(cè)量；
　　(4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無機(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)幅射下長(zhǎng)期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測(cè)難題。
　　2原理及應(yīng)用
 電容傳感器的工作原理是利用力學(xué)量變化使電容器中其中的一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化的方法來實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換的。根據(jù)改變電容器的參數(shù)不同，電容傳感器可有3類：
　　2.1改變極板遮蓋面積的電容傳感器
　　圖1是3種這類傳感器的原理圖，圖1(a)中是利用角位移來改變電容器極板遮蓋面積。假定當(dāng)2塊極板完全遮蓋時(shí)的面積為S0，兩極板間的距離為d，極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，該電容器的電容量為：
如果其中一塊板極相對(duì)另一極板轉(zhuǎn)過θ角，則極板間的相互遮蓋面積為：
　　可見，此電容量的變化值和角位移成正比，以此用來測(cè)量角位移。
 圖1(b)中是利用線位移來改變電容器極板的遮蓋面積的。如果初始狀態(tài)極板全部遮蓋，則遮蓋面積S0＝ab，當(dāng)2塊極板相對(duì)位移x時(shí)，則極板的遮蓋面積變?yōu)镾1=b(a-x)。在介電常數(shù)和極板距離不變時(shí)，電容量分別為：
　　可見，此電容量的變化值和線位移x成正比，用他來測(cè)量各類線位移。
　　圖1(c)所示電容變換器是圖1(b)所示電容器的變種。采用這種鋸齒形電極的目的在于提高傳感器的靈敏度。若鋸齒數(shù)為n，尺寸如圖1(b)所示不變，當(dāng)運(yùn)動(dòng)齒相對(duì)于固定齒移動(dòng)一個(gè)位移x時(shí)，則可得：
　　比較式（2）和式（3）可見，靈敏度提高了n倍。

　　2.2改變介質(zhì)介電常數(shù)的電容傳感器
　　圖2是2種改變介質(zhì)介電常數(shù)的電容式傳感器的原理圖。圖2(a)常用來檢測(cè)液位的高度，圖2(b)常用來檢測(cè)片狀材料的厚度和介電常數(shù)。

　　圖2(a)中由圓筒1和圓柱2構(gòu)成電容器兩極，假定部分浸入被測(cè)量液體中（液體應(yīng)不能導(dǎo)電，若能導(dǎo)電，則電極需作絕緣處理）。這樣，極板間的介質(zhì)由2部分組成：空氣介質(zhì)和液體介質(zhì)，由此而形成的電容式料位傳感器，由于液體介質(zhì)的液面發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容器的電容C也發(fā)生變化。這種方法測(cè)量的精度很高，且不受周圍環(huán)境的影響。總電容C由液體介質(zhì)部分電容C1和空氣介質(zhì)部分電容C2兩部分組成：
　　x — 電容器浸入液體中的深度；
　　R — 同心圓電極的外半徑；
　　r — 同心圓電極的內(nèi)半徑；
　　ε1 — 被測(cè)液體的介電常數(shù)；
　　ε2 — 空氣的介電常數(shù)。
　　當(dāng)容器的尺寸和被測(cè)介質(zhì)確定后，則h，R，r，ε1和ε2均為常數(shù)，令：
　　這說明，電容量C的大小與電容器浸入液體的深度x成正比。
　　圖2(b)是在一個(gè)固定電容器的極板之間放入被測(cè)片狀材料，則他的電容量為：
　　式中：S — 電容器的遮蓋面積；
　　d1 — 被測(cè)物體上側(cè)至電極之間的距離；
　　d2 — 被測(cè)物體的厚度；
　　d3 — 被測(cè)物體下側(cè)至電極之間的距離；
　　ε1 — 被測(cè)物體上側(cè)至電極之間介質(zhì)的介電常數(shù)；
　　ε2 — 被測(cè)物體的介電常數(shù)；
　　ε3 — 被測(cè)物體下側(cè)至電極之間介質(zhì)的介電常數(shù)。
　　由于d1+d3=d-d2，且當(dāng)ε1＝ε3時(shí)，式（5）還可寫為：
　　式中d — 兩極板之間的距離。
　　顯然，在電容器極板的遮蓋面積S，兩極板之間的距離d，被測(cè)物體上下側(cè)至電極之間介質(zhì)的介電常數(shù)ε1和ε3確定時(shí)，電容量的大小就和被測(cè)材料的厚度d2及介電常數(shù)ε2有關(guān)。如被測(cè)材料介電常數(shù)ε2已知，就可以測(cè)量等厚教材料的厚度d2；或者被測(cè)材料的厚度d2已知，就可測(cè)量其介電常數(shù)ε2。這就是電容式測(cè)厚儀和電容式介電常數(shù)測(cè)量?jī)x的工作原理。

　　3改變極板間距離的電容傳感器
　　圖3是這類傳感器的原理圖，圖3(a)由2塊極板構(gòu)成，其中極板2為固定極板，極板1為與被測(cè)物體相連的活動(dòng)極板，可上下移動(dòng)。當(dāng)極板間的遮蓋面積為S，極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε，初始極板間距為d0時(shí)，則初始電容C0為：
　　當(dāng)活動(dòng)極板1在被測(cè)物體的作用下向固定極板2位移Δd 時(shí)，此時(shí)電容C為：
　　當(dāng)電容器的活動(dòng)極板1移動(dòng)極小時(shí)，即Δd<<d0時(shí)，上式按泰勒級(jí)數(shù)展開為： 　　這時(shí)電容器的變化量Δc才近似地和位移Δd成正比。其相對(duì)非線性誤差為：="" 　　顯然，這種單邊活動(dòng)的電容傳感器隨著測(cè)量范圍的增大，相應(yīng)的誤差也增大。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高這類傳感器靈敏度、提高測(cè)量范圍和減小非線性誤差，常做成差動(dòng)式電容器及互感器電橋組合結(jié)構(gòu)，如圖3(b)所示。兩邊是固定的電極板1和2，中間由彈簧片支承的活動(dòng)極板3。2個(gè)固定極板與互感器兩端及交流電源u相連接，活動(dòng)極板連接端子和互感器中間抽頭端子為傳感器的輸出端，該輸出端電壓Δu隨著活動(dòng)極板運(yùn)動(dòng)而變化。若活動(dòng)極板的初始位置距2個(gè)固定極板的距離均為d0，則固定極板1和活動(dòng)極板3之間="" ，固定2和活動(dòng)極板3之間的初始電容相等，若令其為c0。當(dāng)活動(dòng)極板3在被測(cè)物體作用下向固定極板2移動(dòng)Δd時(shí)，則位于中間的活動(dòng)極板到兩側(cè)的固定極板的距離分別為：="" 　　由上述推導(dǎo)可知，活動(dòng)極板和2個(gè)固定極板構(gòu)成電容分別為：="" 　　當(dāng)他們做成差動(dòng)式電容器及互感器電橋組合結(jié)構(gòu)時(shí)，其等效電容為：="" 　　="" 　　雖然電容的變化量仍舊和位移Δd成非線性關(guān)系，但是消除了級(jí)數(shù)中的偶次項(xiàng)，使線性得到改善。當(dāng)時(shí)（在微小量檢測(cè)中，如線膨脹測(cè)量等，一般都能滿足這個(gè)條件），略去高次項(xiàng)，得：="" 　　比較式（9）和式（7）可見，靈敏度提高了1倍。="" 　　比較式（10）和式（8）可見，在1時(shí)，非線性誤差將大大下降。="" 　　歡迎轉(zhuǎn)載,信息來自維庫電子市場(chǎng)網(wǎng)（="" 來源:ks99=""

　　電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測(cè)物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動(dòng)、速度、壓力、成分分析、介質(zhì)特性等方面的測(cè)量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。

　　電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)
　　與電阻式、電感式等傳感器相比，電容式傳感器具有以下一些優(yōu)點(diǎn)。
　　1、溫度穩(wěn)定性好
　　電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，僅取決于電極的幾何尺寸，且空氣等介質(zhì)損耗很小，其他因素影響甚微（因本身發(fā)熱極小）。而電阻式傳感器有電阻，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，不僅損失能量，而且造成元件發(fā)熱，縮短了使用壽命。
　　2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)
　　電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，能在高低退、強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等各種惡劣的環(huán)境條件下工作，適應(yīng)能力強(qiáng)，尤其可以承受很大的溫度變化，在高壓力、高沖擊、過載等悄況下都能正常工作，能測(cè)超大量的高壓和低壓差，能對(duì)帶進(jìn)工件進(jìn)行測(cè)量。此外，為實(shí)現(xiàn)某些特殊要求的測(cè)量還可以把傳感器的體積做得很小。
　　3、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好
　　電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小，需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫的頗率下工作，特別適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小，可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高，可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)，如測(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。
　　4、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)
　　當(dāng)被測(cè)件不允許接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器可以進(jìn)行非接觸測(cè)量。這種情況下，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。
　　電容式傳感器除上述優(yōu)點(diǎn)之外，還因帶電極板間的靜電引力極小，因此所需輸入能量極小，特別適宜低能量輸入的測(cè)量，例如測(cè)量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受。0.Olmm甚至更小的位移。
　　電容式傳感器的缺點(diǎn)
　　1、輸出阻抗高，負(fù)載能力差
　　電容式傳感器的容盆受其電極幾何尺寸等限制一般做得不大（為幾十到幾百皮法，使傳感器的輸出阻抗很高。因此電容式傳感器負(fù)載能力差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無法工作，必須采取屏蔽措施。容杭大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十兆歐以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而形響傳感器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周圍環(huán)境（如溫濕度、清潔度等）對(duì)絕緣性能的影響。高頻供電雖然可降低傳感器的輸出阻抗，但放大、傳箱遠(yuǎn)比低頻時(shí)復(fù)雜，且寄生電容形響加大，難以保證工作穩(wěn)定。
　　2、寄生電容影響大
　　電容式傳感器的初始電容最很小，而其引線電纜電容、測(cè)量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等“寄生電容”卻較大，這不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機(jī)變化的，將使傳感器的工作很不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度，其變化量甚至超過被測(cè)量引起的電容變化量，致使傳感器無法工作。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法等都有嚴(yán)格的要求。
　　3、輸出特性非線性
　　變極距型電容傳感器的輸出特性是非線性的，雖可采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)來改善，但不可能完全消除。其他類型的電容傳感器只有忽略了電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí)，輸出特性才呈線性；否則邊緣效應(yīng)所產(chǎn)生的附加電容址將與傳感器電容址直接處加，使輸出特性非線性。
　　隨著材料、工藝、電子技術(shù)，特別是集成電路的高速發(fā)展，電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)將得到發(fā)揚(yáng)而缺點(diǎn)會(huì)不斷得到克服，電容式傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高梢度，在動(dòng)態(tài)、低壓及一些特殊測(cè)量方面大有發(fā)展前途的傳感器。