电容式传感器是一种将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器，它结构简单，体积小，分辨率高，具有平均效应，测量精度高，可实现非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用于压力、差压、液位、振动、位移、加速度、成分含量等方面的测量。 一、工作原理及类型 由两块平行板组成一个电容器，若忽略其边缘效应，其电容量为 式中，ε为电容极板间介质的介质参数，ε=ε0εr,其中ε0 真空介电参数，εr为极板间介质的相对介电常数；S为两平板所覆盖的面积；d为两平行板之间的距离。 由式中可见，当S,d,和ε中任一参数发生变化时，电容量C也随之发生变化，通过测量电路就可以转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型3种。 二、变极距型电容传感器 变极距型电容传感器分为可动极板，一般称为动片和固定极板，当动片因被测量变化引起移动时，就改变了两极板间的距离d，从而使电容量发生变化。设初始极距为d，则 若电容器极板距离由初始值d缩小Δd不是线性关系。但是，若时。则式可以简化为 此时，C与Δd近似为线性关系，所以变极距型电容式传感器只有在Δd/d很小时，才有近似的线性关系，一般最大位移应小于间距的1/10。 在实际应用中，为了改善非线性、提高灵敏度和减少外界干扰的影响，电容传感器常做成差动形式。 三、变面积型电容传感器 被测量变化导致动极板移动，引起两极板间有效覆盖面积S的变化，从而得到电容量的变化。当动极板相对于定极板沿着长度方向平移Δx时，其电容变化量化为 式中，C0=ε0εrba/d,为初始电容；a为极板长度；b为极板宽度；Δx为极板水平位移。可见ΔC与Δx间成线性关系。 当动极板有一个角位移θ时，与定极板间有效覆盖面积发生变化，从而改变了两极板间的电容量。当θ=0时有 式中，εr为介质相对介电常数；d0为两极板间的距离；S0为两极板间初始覆盖面积。 当θ=0时 传感器电容量C与角位移θ间成线性关系。 四、变介电常数型电容传感器 设被测非导电液体的介电常数为ε1，液面高度为h，传感器总高度为H，内筒外径为d，外筒内径为D，此时电容值为 式中，ε为空气介电常数；C0为由传感器的基本尺寸决定的初始电容值，。此传感器的电容量正比于被测液位的高度h。
电容式传感器工作原理
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