利用電容器的原理，將非電量轉換成電容量，進而實現(xiàn)非電量到電量的轉化的器件或裝置，稱為電容式傳感器。電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測轉物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。本文收集整理了一些資料，期望能對各位讀者有比較大的參閱價值。

電容式傳感器的類型

根據(jù)傳感器的工作原理可把電容式傳感器分為變極距型、變面積型和變介質型三種類型。

1、變極距型電容傳感器

以平行板電容器為例，上極板固定不動，下極板為動極板，設初始時兩極板距離為d0。當距離減小Δd時，則電容相應增大，電容的相對變化為

可見，電容的相對變化與位移之間為非線性關系。在誤差允許的范圍內，通過略去高次項可得近似的線性關系，即電容式傳感器的靜態(tài)靈敏度為。如果只考慮二次非線性項，忽略其他更高次項，可得非線性誤差為：

非線性誤差隨著極距減小而增大，通常極距變化范圍為Δd/d0≈0.1，因此，此類電容傳感器僅適用于較小位移的測量(0.01 μm～1 mm)。

為了提高靈敏度和減小非線性誤差，同時克服外界條件如電源電壓、環(huán)境溫度變化的影響，實際應用中常采用差動式的電容傳感器。差動電容器總電容變化為：

所以電容式傳感器做成差動式結構后，在同樣的位移相對變化時，非線性誤差大大降低，而靈敏度比單極距電容傳感器提高了一倍。

2、變面積型電容傳感器

以平行板電容器為例的變面積型電容傳感器，當上極板移動時，兩極板間的相對覆蓋面積發(fā)生變化，從而引起電容的變化。這樣的傳感器可以用于位移測量。根據(jù)應用要求，有平行板型極板、圓筒型極板和鋸齒型極板等，這類傳感器具有較好的線性特性。

當動極板發(fā)生線位移后，相對應的電容變化為，其中K為靈敏度，其輸出與輸入成線性關系，靈敏度是常數(shù)。但是平行板型結構對極距變化特別敏感，測量精度會受影響，而圓筒形結構受極板徑向變化的影響很小，成為實際中最常采用的結構。當動筒移動后，兩筒重疊長度發(fā)生變化時，電容變化為：其中K為靈敏度。

3、變介質型電容傳感器

變介質型電容傳感器是在電容器兩極板間插入不同介質導致電容變化，利用這種原理制作的傳感器常被用來測量液體的液位(即電容式液位傳感器)和材料的厚度等。

同軸圓柱形電容器的初始電容為。測量時，電容器的介質一部分是被測液位的液體，一部分是空氣。C1為液體高度為hx時形成的電容，C2是空氣高度h-hx形成的電容，由于C1和C2可以等效看成并聯(lián)的兩電容器，所以總電容為：

可知，電容理論上與液面高度成線性關系，只要測出電容的大小，就可得到液位高度。

另一種測量介質介電常數(shù)變化的電容式傳感器結構和平行板電容器類似，當有一厚度未知，但相對介電常數(shù)已知的介質通過極板間隙時，可以通過電容的改變得到介質厚度。

電容式傳感器的優(yōu)點

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，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)熱產生零漂。

2、結構簡單

電感式傳感器結構簡單，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量;能工作在高溫，強輻射及強磁場等惡劣的環(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;能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量。

3、動態(tài)響應好

電感式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小(約幾個10^(-5)N)，需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄，即質量很輕，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應時間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量。又由于其介質損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù)。

4、可以非接觸測量且靈敏度高

可非接觸測量回轉軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。

相信通過閱讀上面的內容，大家對電容式傳感器有了初步的了解，同時也希望大家在學習過程中，做好總結，這樣才能不斷提升自己的專業(yè)水平。