项目四 电容式传感器（整合） 将电容器作为敏感元件，使被测物理量的变化转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。电容式传感器测量技术近年来有了很大发展，在力学量的测量中占有重要地位。它不但广泛地用于荷重、位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。 电容式传感器的特点是： (1 )小功率、高阻抗，本身发热影响小。电容传感器电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出； (2 )小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而有较高的固有频率和良好的动态响应特性； (3 )可进行非接触测量； (4 ) 结构简单、灵敏度高，分辨率高； 随着电子技术的迅速发展，特别是集成电路的出现，它存在的分部电容和非线性等缺点将得到解决。这些技术问题的解决，为电容式传感器在非电测量和自动检测中的应用开辟了新的广阔的前景。 4 ．1 电容式传感器的工作原理及分类 电容式传感器是一种以可变参数的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化。多数场合下，电容是由两个金属平行板组成并且以空气为介质，因此电容式传感器的基本工作原理可以用图4 —1 所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，平板电容器的电容量为 dAdACr 0 （4 —1 ） 式中： A ——极板面积； d ——极板间距离； r ——相对介电常数； 0 ——真空介电常数11 201 08 5.8Fm ——电容极板介质的介电常数。 图4 —1 平板电容器 当被测物理量使得式(4 —1 )中 d 、 A 和r 中的某一项或某几项有变化时，就改变了电容C 。电容量C 变化的大小与被测参数的大小成比例，在交流工作时，就改变了容抗CX，从而使输出电压或电流发生变化，这就是电容式传感器的工作原理。 实际应用中，如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。所以电容式传感器可以分为三种类型：改变极板距离d 的变间隙式；改变极板面积A 的变面积式；改变介电常数r 的变介电常数式。 4 ．1 ．1 变间隙电容式传感器 图4—2 是这种类型的电容式传感器的结构原理图。图中1 是与被测体相连的动极板，2是固定极板(一般称为定极板)。当极板1 ...
