电容式传感器

1 电容传感器定义

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。电容器是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。

2 电容传感器原理

两个平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为：
C=ε0εAδC={\frac{\varepsilon_0\varepsilon A}{\delta}} C=δε0εA
式中， ε0=8.85×1012F/m\varepsilon_0= 8.85×10^{12}F/mε0=8.85×1012F/m; ε\varepsilonε 为极板间介质的相对介电常数，当介质为空气时 ε0=1\varepsilon_0=1ε0=1 ；AAA 为基板面积； δ\deltaδ 为极板间距离。

3 电容传感器分类

3.1 变极距型电容式传感器

当动极板因被测量变化而向上下移动时，将改变两个极板之间的间距 δ\deltaδ ，从而引起电容量变化。若极板覆盖面积为 AAA ，初始间隙为 δ\deltaδ 介电常数为 ε\varepsilonε ，则初始电容量为：
C0=εAδ0C_0={\frac{\varepsilon A}{\delta_0}} C0=δ0εA
当动极板向下运动 Δδ\Delta\deltaΔδ 的时候，极板间的距离 δ=δ0−Δδ\delta=\delta_0-\Delta\deltaδ=δ0−Δδ 。

由上式可见：灵敏度与间隙的平方成反比，间隙大，灵敏度低；需要注意，灵敏度高带来的问题，就是非线性会增大。

当变极距型电容器构成差动结构时，不仅其灵敏度提高了一倍，而且线性度误差也将大大减小。因此，变极距电容传感器的灵敏度高，被测部件作为动极板可实现非接触测量，可用于小位移及压力的测量。

3.2 变面积型电容式传感器

面积变化式电容传感器灵敏度S 为一个常数，也就是说输出与输入成线性关系（忽略边缘效应）。但与变极距型相比，其灵敏度较低，适用于较大的角位移及直线位移的测量。
变极距型和变面积型电容式传感器可以采用差动结构形式来提高静态灵敏度，一般提高一倍。

3.3 变介质型电容式传感器

通过改变电容器介质来改变电容量是一种行之有效的测量方法。电容量 CCC 取决于介电常数 ε0\varepsilon_{0}ε0 及介质厚度 a2a_2a2 ，因此当这两个参数中的一个为已知的时候，可通过公式来确定另一个：

测量电介质厚度：
- 测量材料如：纸，塑料膜，合成纤维等（非金属）
测量电介质位置：
测量电介质液位：
测量电介质温度、湿度

例如粮食水分的检测。

4 测量电路

所示的是一个典型的电容式拾音器的测量电路与输出电压波形。拾音器硬件部分由电容拾音传感器及配套电路组成，。其中，电容式拾音传感器的基本结构，由背极、内腔、毛细孔、振膜、阻尼孔及绝缘体组成，其作用是将声波造成的空气压强变化转换为拾音器电容量的变化，从而使检测电路中电阻 RRR 上的电压 ete_tet 发生改变，这样就把声波信号转换成电压信号。

5 电容式传感器实例

5.1 电容式压力传感器

膜片3与镀在球形玻璃表面的金属层2形成一个差动电容。在压差 ΔP=P1−P2ΔP = P_1 - P_2ΔP=P1−P2 作用下，膜片向压力小的方向移动，引起差动电容量 CCC 的变化，电容 CCC 与压差 ΔPΔPΔP 成比例。它适用于测液（气）体微压差。

5.2 电容式转速传感器

电容式转速传感器的工作原理如下图所示。当定极板与齿顶相对时，电容量最大，而当与齿隙相对时，电容量最小。齿轮转动时，电容传感器产生周期信号，经测试电路转换为脉冲信号，用频率计显示齿轮转速。

5.3 音频检测

电容式传感器在音频检测领域有着广泛的应用，下图为几种典型的电容式传感器实物图片，其中图(a)所示的是电容式传声器，图(b)所示的是驻极电容式拾音器。

传感器与检测技术基础知识（5）—— 电容式传感器相关推荐

传感器与检测技术基础复习提纲考试不挂科专用版
传感器与检测技术基础复习提纲考试不挂科专用版题型: 选择题判断题问答题计算题复习要点 1. 了解传感器定义.组成及分类. 定义:传感器是一中以一定精度把测量(主要是非电量)转换与之有确定 ...
传感器与检测技术实验系统
传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成.①敏感元件是直接感受被测物理量,并以确定关系输出另一物理量的元件(如弹性敏感元件将力,力矩转换为位移或应变输出).②转换元件是将敏感元件输出的非 ...
传感器与检测技术（一）
传感器与检测技术(一) 1 简述传感器的定义.组成及各部分的作用 2 简述传感器常见的分类方法并列举种类 3 传感器的静态特性有哪些?分别代表什么意义? 4 传感器的动态特性有哪些?分别代表什么意义? ...
传感器原理与检测技术复习笔记第五章-电容式传感器
第五章电容式传感器文章目录第五章电容式传感器电容式传感器工作原理变面积型电容式传感器变极距型电容式传感器变介质型电容式传感器电容式传感器的测量电路调频电路运算放大器变压器式交流 ...
零件三维缺陷检测相关基础知识
零件三维缺陷检测相关基础知识看了几篇文献,总结下来三维缺陷检测的过程,总的来说分为: 零件表面的三维数据获取根据零件的三维数据信息进行三维重建目标点云与标准点云的配准配准后的点云做差得到缺陷信 ...
电大系统服务器的性能测试报告表,电大2016年度（精编新版）传感器与检测技术期末复习题及详细答案参考.doc...
文档介绍: 传感器与检测技术复****题第 1页共8页基础知识自测题第一章传感器的一般特性 1. 传感器是检测中首先感受,并将它转换成与有确定对应关系的的器件. 2. 传感器的基本特性通常用其特性和特 ...
计算机信息处理技术知识点,计算机信息处理技术基础知识.doc
计算机信息处理技术基础知识计算机信息处理技术基础知识信息技术概况集成电路的基本知识(20世纪50年代) 集成电路是微电子技术的核心. 分类:①小规模.中规模.大规模.超大规模.极大规模(包含的电 ...
网络技术入门（一）：网络技术基础知识系统归结
<网络技术入门>系列文章,分别从宏观硬件和微观数据传输角度说明网络传输过程.请期待后续系列文章. 自己写文章习惯性在每一个小节上做总结,有时候方便理解可以先看总结的内容. 本章主要是总结性 ...
光纤传感器实验模块_传感器与检测技术实验装置
二.传感器与检测技术实验装置(23种传感器)产品特点: 1.安全性强实验用电设有漏电保护及熔丝短路保护,直流电源设置短路保护电路,确保学生在误操作后不会损坏设备并保证学生的人身安全.实验电源还采用专 ...

传感器与检测技术基础知识（5）—— 电容式传感器