真正读懂电容传感器的原理、分类、参数与特性
电容式传感器
电容值与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，且空 气等介质的损耗很小。因此仅需从强度、温度系数等机械性考 虑，合理选择尺寸即可，本身发热极小，影响稳定性甚微。 2）结构简单，适用性强。
3)动态响应好。 （固有频率很高，动态响应时间很短外，又由于其介质损耗小， 可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。 4)可以实现非接触式测量，具有平均效应。
d d0
d d0
2
d d0
3
C
C1
C2
C0
2
d d0
2
d d0
3
2
d d0
C
0
1
d d0
2
d d0
4
略去高次项，则
C
2
d d0
C0
传感器的灵敏度为 K C 2C0 d d0
其非线性误差为
( d )3
d 0 (d /d 0)2 100%
( d ) d0
灵敏度较单组变极距型提高了一倍，非线性大大减小。
②等有U关sc ，与任电何源这电些压参U数的、波固动定都电将容使C0及输电出容特式性传产感生器误的差ε，0因、此A 固定电容C0必须稳定，且需要高精度的交流稳压源。 ③由于电容传感器的电容小，容抗很高，故传感器与放大器之 间的联结，需要有屏蔽措施。 ④不适用于差动式电容传感器的测量。
五、电容式传感器的特点及设计要点
主要缺点：
输出阻抗高，负载能力差 寄生电容影响大
输出特性是非线性
2、设计要点
设计时可从以下几个方面考虑：
1)减小环境温度、湿度等变化所产生的误差，保证绝缘材料
的绝缘性能；
2)消除和减小边缘效应 边缘效应不仅使电容传感器灵敏度降低而且产生非线性，
传感器技术第4讲电容式传感器
特点： 1、 非接触 2、 精度高
Cx
S
d
3、 分辨率高（最小检测量为0.01微米）
第四节 应用举例 三、电容式测厚系统
Cx
S
d
第四节 应用举例 四、电容式测电缆偏心示意系统
C1 C2
C1 C2
C1 C2
C1 C2
Cx
S
d
完
第一节、工作原理及特性 三、类型
（一）变面积型(二种）
角位移式
直线位移式
第一节、工作原理及特性
三、类型
（一）变面积型
1、角位移式工作原理
当被测量的变化引起 动极板有一角度位移 θ时，两极间相互覆 盖的面积改变了 ，从
而也就改变了两极板 间的电容量C 。
C0
S
d
CdS1
由上式可见,电容量C与角位移θ呈线关系
隔离膜片
很高但差压很小的场合
隔离膜片
油硅
2.精度高、耐振动、耐冲击、
感压膜片
可靠好。
3.但制造工艺要求很高，尤 电极板
电极板
其是感压膜片的焊接是一工 绝缘体
艺难题。
第四节 应用举例 二、电容式测微仪
电容式测微仪原理如图3—18所示。圆柱 形探头外一般加等位环以减小边缘效应。 探头与被测件表面间形成的电容为:
第二节 测量电路
一、类型
1、调幅型 2、脉宽调制型 3、调频型
第二节 测量电Βιβλιοθήκη 1、调幅型这种电路输出的是幅度值，并且正比于或 近似正比于被测信号。该电路有两种：
（1）交流电桥电路
（2）运算放大器电路
第二节 测量电路
1、调幅型 （1）交流电桥电路----单臂接法
A
简述电容式传感器的工作原理及分类
简述电容式传感器的工作原理及分类电容式传感器的奇妙旅程大家好！今天我要给大家分享一个超级有趣的话题——电容式传感器。
这个家伙可是现代科技里的大明星，它的工作原理和分类可都是大有来头。
咱们一起来看看吧！咱们得知道什么是电容式传感器？简单来说，它就是利用电容器的特性来测量物体的。
想象一下，当你用手指轻触屏幕时，屏幕上的虚拟手指会动起来，这就是电容式传感器在起作用呢！那么，电容式传感器是怎么工作的呢？简单来说，就是通过两个金属电极和一个绝缘层组成的电容器。
当有物体接触到电极时，就会改变电容器的电容值。
就像你用手指轻轻触碰了屏幕，电容值就变了一样。
这个变化可以被检测出来，然后通过算法转换成我们可以理解的数据。
现在来说说电容式传感器的分类吧。
按照测量原理，可以分为接触式和非接触式两种。
接触式的就像前面说的，直接用手指触碰屏幕；非接触式的则像是用超声波或者红外线来测量距离啦！再来说说电容式传感器的应用吧。
在工业上，它可以用来测量压力、温度、流量等等，帮助工程师们更好地控制生产流程。
在日常生活中，比如智能手表、健康手环这些玩意儿，都离不开电容式传感器哦！不过，大家可能会担心电容式传感器会不会有什么安全隐患呢？别担心，现在的技术已经非常成熟啦。
它们通常都有严格的安全标准和测试程序，确保在各种环境下都能稳定工作。
而且，随着技术的发展，电容式传感器也越来越小巧轻便，方便我们随身携带和使用呢！我想说的是，电容式传感器真的是个神奇的小家伙！它的出现让我们的生活变得更加丰富多彩，也让我们的科技世界更加美好。
希望大家能够喜欢这个关于电容式传感器的奇妙旅程，下次再见啦！。
第3章电容传感器
第3章电容传感器
3.2电容传感器的性能改善
.
第3章电容传感器
3.2电容传感器的性能改善
3.寄生电容 电容式传感器除了极板间的电容外，极板还
可能与周围物体（包括仪器中的各种元件甚至人 体）之间产生电容联系，这种电容称为寄生电容。 由于传感器本身电容很小，所以寄生电容可能使 传感器电容量发生明显改变；而且寄生电容极不 稳定，从而导致传感器特性的不稳定。
3.3电容传感器的测量电路
3.3.1 运算放大器式电路
图3-7所示为基本的运算放大器式电路，它由传感
器电容Cx、固定电容C0及运算放大器A组成。其中
Us
为
电源电压，U o 为输出电压。
由于集成运放开环增益很高，所以它构成的基本运
算电路均可认为是深度负反馈电路，运放两输入端之间满
足“虚短”和“虚断”，根据这两个特点很容易得出下式:
S(1)
C
d
C0(1)
CCC0 C0
第3章电容传感器
３.１电容传感器的结构原理
说明：
电容C的相对变化△C/C0与角位移也呈线性关系，因此可 用来测量角位移的变化，理论测量范围0-π，但实际由于 边缘效应等原因达不到该测量范围。
3.齿形极板的电容式线性位移传感器 图3-1（j）是一齿形极板的电容式线性位移传感器
的原理图。它是图3-2的一种变形。采用齿形极板的目的 是为了增加遮盖面积，提高灵敏度。
第3章电容传感器
３.１电容传感器的结构原理
当齿形极板的齿数为n，移动△x后，其电容为：
电容式传感器原理与应用
电容传感器电容式传感器广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，且逐步应用于压力、压差、液面等方面的测量。
本章着重介绍电容式传感器的结构原理及结构形式，讨论电容式传感器的测量电路、影响电容式传感器精度的因素及提高精度的措施。
要求初步掌握电容式传感器的原理及应用一、 电容传感器的工作原理及输出特性工作原理：由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为由平板电容公式：d Sd SC 0r εεε==可知：当d ，S 和r ε中的某一项或某几项有变化时，就改变了电容C 。
在交流工作时，改变C 就相当于改变了容抗X C ，从而使输出电压或电流发生变化。
d 和S 的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映弹力、压力等的变化；r ε的变化，则可以反映液面的高度、材料的温度等的变化。
二、电容式传感器的结构形式结构类型：改变极板距离d 的变间隙式，改变极板面积S 的变面积式，改变介电常数r ε的变介电常数式。
三、 电容式传感器的特性1．变间隙式电容增大S 和减小d 均可提高传感器的灵敏度。
2. 变面积式电容传感器太大，极板的另一边长a 不宜过小，否则会因边缘电场影响的增加而影响线性特性。
3．变介电常数式电容传感器当电容式传感器中的电介质改变时，其介电常数变化，从而引起了电容量发生变化如图：B AC C C +=4．差动电容传感器在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，常常做成差动形式。
5．电容传感器的性能改善（1）静电击穿问题应对办法：为防止击穿，通常在两极板间再附加一层云母或塑料薄片（2）边缘效应应对办法：增设防护电极，如图3-8（3）寄生电容。
产生原因；电容式传感器除了极板间的电容外，极板还可能与周围物体（包括仪器中的各种元件甚至人体）之间产生电容联系，这种电容称为寄生电容。
应对办法：对传感器进行静电屏蔽，即将电容器极板放置在金属壳体内，并将壳体良好接地。
电容式传感器原理介绍
§3.1 电容式传感器工作原理和结构§3.2 电容式传感器等效电路§3.3 电容式传感器测量电路§3.4 电容式传感器应用2电容极板间介质的介电常数，真空介电常数，εr 极板间介质的相对介电两平行板所覆盖的面积；板之间的距离。
dAdAC r εεε0==仅改变一个参数，该参数的变化可转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。
3一、基本工作原理电容式传感器的三种类型：变极距型、变面积型和变介电常数型。
(l )4ΔC ，则有200000000111⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+=Δ−=Δ−=Δ+=d d d d C d d C dd SC C C r εε00d d C C C Δ+=C 与Δd 近似呈线性关系。
变极距型电容式传感器只有在Δd/d 0很小时，才有近似的线性关系。
5二、变极距型电容传感器)11(000d d d d C C Δ−Δ=Δ当|Δd/d 0|<<1时，级数展开有输出电容的相对变化量与输入位移之间成非线性关系。
传感器的相对非线性误差：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+Δ+Δ=Δ 30200001d d d d d dd d C C %100%100|/|)/(0020×Δ=×ΔΔ=d d d d d d δ6电容传感器的灵敏度为01/d d C C K =ΔΔ=3、灵敏度单位输入位移所引起的输出电容相对变化的大小与d 0呈反比关系。
ddCC Δ≈Δ一般变极板间距离电容式传感器的起始电容在20~100pF 之间，极板间距离在25~200μm 的范围内。
最大位移应小于间距的1/10。
变极距电容式传感器在微位移测量中应用最广。
201/11/11dd CCd d C C Δ+=Δ−=电容值相对变化量为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+Δ=Δ 40200012d d d d d d C C ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ+Δ=−=Δ 503000212d d d d d d C C C C 002d dC C Δ≈Δ差动式传感器的灵敏度为%100%100|/|2|)/(|220030×⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛Δ=×ΔΔ=d d d d d d δ002/d d C C K =ΔΔ=差动式结构的电容传感器非线性误差大大降低，灵敏度增加了一倍。
电容式传感器
2.5 运算放大器电路
由前述已知，极距变化型电容传感器的极距变化 与电容变化量成非线性关系，这一缺点使电容传 感器的应用受到一定限制。为此采用比例运算放 大器电路可以得到输出电压u g 与位移量的线性关系。
C0 ug =-u 0 0 A
输出电压ug与电容传感器间隙 成线性关系。这种电路用于位移测量传感器。
4.温度影响
环境温度的变化将改变电容传感器的输出相对被测输入量的单值函数关系， 从而引入温度干扰误差。温度影响主要包括温度对结构尺寸和对介质的影响两 方面。
24
四、电容式传感器的研究现状
1.PT800型压力变送器
PT系列产品中的标准型号，内置陶瓷电容式传感器。可以自由选 配模拟、数字现场显示表头。有多种过程连接件，可以现场调零 点、满量程。广泛用于自动化工业中对液体、气体和蒸汽的测量。
27
9
1.2.2 角位移型
当动板转动一角度时，与定板之间的覆盖面积就发生 变化，导致电容量随之改变。
覆盖面积
A
r2
2
其中， 为覆盖面积对应的中心角，r为极板半径。
r 2 所以，电容量为 C 2
C r 2 灵敏度S 常数 2
由上式可知，角位移型电容传感器的输出C与输入也为线性关系。
电容式传感器
目录
一、电容式传感器的工作原理及分类
二、电容式传感器的测量电路
三、电容式传感器在应用中的注意事项
四、电容式传感器的研究现状
2
一、电容式传感器的工作原理及分类
由物理学可知，两块平行金属板构成的电容器，其电容量C为
0 A C
3
当被测参数（如位移、压力等）使公式中的、A、 变化时，都将引起 电容器电容量C的变化，从而达到从被测参数到电容的变换。
电容式传感器
§4.4 电容式传感器的转换电路
一、交流电桥
~ ~ U SC U sr Z 1Z 4 Z 2 Z 3 ( Z 1 Z 2 )( Z 3 Z 4 )
平衡条件为
Z 1Z 4 Z 2 Z 3 0
Z1 Z2
Z3 Z4
上页 下页
交流电桥的平衡条件：
z1 z 4 z 2 z 3
C1
A
0 0
C2
A
0 0
上页
下页
差动结构分析
C1 C0 1 0 0 0
2
C2 C0
1 0 0 0
上页 下页
另一种变介电常数的电容式传感器：
s δ
S
气隙
ε0ε r
d
C
d 0
d
0s d
d
r 0
r
d不变， ε改变，如：测量粮食、纺织品、木材或煤 等非导电固体介质的湿度。 ε不变，d改变，如：测量纸张、绝缘薄膜等的厚度
上页 下页
§4.3 电容式传感器的特点及等效电路
上页
下页
二、变压器电桥
等效电路图：
I1 Zf C1
图4-13（h）
1 I1 I f Z I2 I f Z 0
上页 下页
j
E1
c1
1
f
E1 E2
j
E2 If I2 C2
c2
f
I1 I 2 I f
求得： I f
( E 1C 1 E 2 C 2 ) j 1 Z f ( C 1 C 2 ) j
电容式传感器工作原理、特点和测量电路
当
C C0
d d0
[ 1
1
d
]
d0
d / d0时，1则上式可按级数展开，故得
2
3
C C0
d d0
[1
d d0
d d0
d d0
...]
4.2 电容式传感器的灵敏度及非线性
由上式可见，输出电容的相对变化量ΔC/C与输
入位移Δd之间呈非线性关系。当 略去高次项，得到近似的线性：
d/d时0 ，可1
4.1电容式传感器的工作原理和结构
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介 质型三种类型。
在实际使用时，电容式传感器常以改变改变平行 板间距d来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度 高于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。
改变平行板间距d的传感器可以测量微米数量级 的位移，而改变面积A的传感器只适用于测量厘米 数量级的位移。
4.1电容式传感器的工作原理和结构
当动极板相对于定极板延长度a方向平移Δx时，
可得：
CCC00drbx
式中 为
C0 0rb为a初d始电容。电容相对变化量
C x C0 a
很明显，这种形式的传感器其电容量C与水平位
移Δx是线性关系，因而其量程不受线性范围的限
制，适合于测量较大的直线位移和角位移。它的灵
当差动式平板电容器动极板位移Δd时，电容器C0的
间隙d1变为d0-Δd，电容器C2的间隙d2变为d0+Δd则
C1
C
0
1
1 d
d0
C2
C0
1 1 d
d0
4.2 电容式传感器的灵敏度及非线性
在 d/d时0 ，1则按级数展开：
C 1C 0[1 dd 0( dd 0)2( dd 0)3...]
简述电容式传感器的工作原理及分类
简述电容式传感器的工作原理及分类电容式传感器，这个名字听起来有点高大上，其实它就是一种用来检测物体距离的神奇小玩意儿。
它的工作原理很简单，就是通过检测两个导体之间的电容量变化来判断物体与传感器之间的距离。
别看它小小的，作用可大着呢！今天，我们就来聊聊电容式传感器的工作原理及分类。
我们来说说电容式传感器的工作原理。
电容式传感器主要由两部分组成：一个是固定的极板，另一个是可动的极板。
当两个极板之间有物体时，由于物体的存在，会导致极板间的距离发生变化，从而改变了电容器的电容量。
根据电容器的电容量变化，我们就可以计算出物体与传感器之间的距离。
这就是电容式传感器的基本工作原理。
接下来，我们来看看电容式传感器的分类。
电容式传感器有很多种，根据不同的工作原理和测量范围，可以分为很多类别。
这里，我们简单介绍一下几种常见的电容式传感器。
1. 平行板型电容传感器：这种传感器的原理是利用两个平行的金属板之间的电容量变化来测量物体与传感器之间的距离。
它的结构简单，价格便宜，但是精度相对较低。
2. 圆筒型电容传感器：这种传感器的原理是利用一个圆柱形的金属筒内部的电容器的变化来测量物体与传感器之间的距离。
它的结构紧凑，精度较高，但是价格相对较贵。
3. 变面积型电容传感器：这种传感器的原理是利用一个金属片在不同位置时的电容量变化来测量物体与传感器之间的距离。
它的结构复杂，但是精度非常高，适用于高精度测量场合。
4. 电容式位移传感器：这种传感器是一种特殊的电容式传感器，它不仅可以测量物体与传感器之间的距离，还可以测量物体在空间中的位移。
它的结构复杂，精度高，适用于高精度位移测量场合。
好啦，现在我们已经了解了电容式传感器的工作原理及分类。
虽然它看起来有点复杂，但是只要掌握了它的原理，就可以轻松地应用到各种场合中。
所以，下次当你看到一个小小的电容式传感器时，不要觉得它神秘莫测，反而要对它充满好奇和敬意哦！因为它可是帮助我们实现许多神奇功能的法宝呢！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
真正读懂电容传感器的原理、分类、参数与特性
电容式传感器具有结构简单，灵敏度高，温度稳定性好，适应性强，动态性
能好等一系列优点，目前在检测技术中不仅广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械
量的测量，还可用于液位、压力、成份含量等热工方面的测量中。
电容传感器电容传感器，英文名称为capacitive type transducer，是一种将其他量的变换以
电容的变化体现出来的仪器。其主要由上下两电极、绝缘体、衬底构成，在压力作用下，
薄膜产生一定的形变，上 下级间距离发生变化，导致电容变化，但电容并不随极间距离
的变化而线性变化，其还需测量电路对输出电容进行一定的非线性补偿。
电容传感器的分类电容传感器按传感器类型分：
触摸传感器：包括显示器件和输入器件
运动传感器：包括加速度计、陀螺仪和磁传感器
位置传感器：包括位移传感器和接近传感器
其他传感器：包括压力传感器、位移传感器、液位传感器
电容传感器按原理分：
电容式传感器一般由两个平行电极构成，在其两个电极之间以空气作为介质，在不考虑边
缘效应的前提下，其电容可表示为C=εS/d，其中，ε表示两电极间 介质(即空气)的介电
常数，S表示两电极之间相互覆盖的面积，d表示两电极间的距离，电容受这三个参数影
响，任意一参数的改变就会使得电容得以改变。
因 此，电容传感器分为介质变化型(ε的变化因此C的变化)、面积变化型(S的变化因此
C的变化)和极距变化型(d的变化因此C的变化)三种。
电容传感器的原理一、变化面积式电容传感器
图a是平板形直线位移式结构，其中极板1可以左右移动，称为动极板。极板2固定不动，
称为定极板。图b是同心圆筒形变面积式传感器。外圆筒不动，内圆筒在外圆筒内作上、
下直线运动。