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(zhuǎn)物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實際上就是一個具有可變參數(shù)的電容器。在采用電容技術(shù)的應(yīng)用中，電容式接近開關(guān)的靈敏度取決于目標物體的材料特性。金屬、塑料或液態(tài)物體的材料特性將會影響感測范圍，從而影響電容式傳感器的輸出探測點。

一、電容式傳感器的工作原理

二、電容式傳感器的分類類型

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(zhì)型三種類型。根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)可把電容式傳感器分為三種類型的結(jié)構(gòu)形式。它們又可按位移的形式分為線位移和角位移兩種，每一種又依據(jù)傳感器極板形狀分成平(圓形)板形和圓柱(圓筒)形，雖然還有球面形和鋸齒形等其他形狀，但一般很少用。其中差動式一般優(yōu)于單組(單邊)式傳感器，它具有靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高等特點。

三、電容式傳感器的特點

1、優(yōu)點

（1）溫度穩(wěn)定性好。電容傳感器的電容值通常與電極材料無關(guān)，這有利于選擇具有低溫系統(tǒng)的材料，并且由于它產(chǎn)生的熱量很少，因此對穩(wěn)定性的影響很小。電阻傳感器具有電阻并在通電后產(chǎn)生熱量：電感傳感器具有銅損，磁通量和渦流損耗等，由于熱量容易產(chǎn)生零漂移。

（2）結(jié)構(gòu)簡單。電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，易于確保高精度，并且可以做得很小以實現(xiàn)某些特殊測量：它們可以在高溫，強壯的車輛和船舶以及強磁場等惡劣環(huán)境中工作，并能承受較大的溫度變化，承受高壓，高沖擊過載等。它可以測量超高溫和低壓差，還可以測量磁性功。

（3）動態(tài)響應(yīng)良好。由于帶有電極的板之間的靜電引力很小（約105N），因此電容式傳感器需要的能量很小，并且由于其運動部分可以做得非常小和薄，即重量很輕，因此它的重量很輕。自然頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時間短，并且可以在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適合動態(tài)測量。并且由于其低介電損耗，因此可以通過較高的頻率供電，因此系統(tǒng)具有較高的工作頻率。它可以用來測量高速變化的參數(shù)。

（4）可實現(xiàn)平均效果的非接觸式測量。例如，旋轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率的非接觸式測量，小球軸承的徑向游隙等。使用非接觸式測量時，電容式傳感器具有求平均值的作用，可以減小工作表面粗糙度的影響在測量上。除了上述優(yōu)點外，電容式傳感器在電極板之間還具有較小的靜電引力，因此輸入和輸入能量極小，因此它可以測量極低的壓力，以及較小的加速度，位移等，可以制成非常靈敏，高分辨率且對001m甚至更小的位移敏感的傳感器：由于其低的介電損耗（例如空氣），將差分結(jié)構(gòu)連接成橋式時產(chǎn)生的零殘留非常小，因此允許電路進行高倍放大，使儀器具有高靈敏度。

2、缺點

（1）高輸出阻抗，較差的負載能力·電容傳感器的容量受通用幾何尺寸的影響限制通常只有幾pF到幾百pF，這使得傳感器的輸出阻抗非常高，尤其是在使用音頻范圍的交流電源時，輸出阻抗高達1061082因此，傳感器的負載能力非常差，并且容易受到外部干擾的影響并產(chǎn)生不穩(wěn)定。在嚴重的情況下，它甚至無法工作。必須采取屏蔽措施，給設(shè)計和使用帶來極大的不便。大阻抗還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（超過幾十個MQ），否則絕緣部分將用作旁路電阻并影響儀器的性能（例如降低靈敏度）。因此，應(yīng)特別注意溫度，清潔度等周圍環(huán)境。不使用高頻電源會降低傳感器的輸出阻抗，但是高頻放大和傳輸要比低頻復雜得多，而且寄生電容影響很大，不易保證工作的穩(wěn)定性。

（2）電容由于結(jié)構(gòu)和尺寸的限制，類型傳感器的電容很?。◣譸F到幾十pF），并且引線電容連接傳感器和電子電路（1-2m的導線可以達到800pF），其他電子電路的體積電容以及由傳感器內(nèi)板及其周圍導體形成的“寄生電容”相對較大，這不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（電纜電容）經(jīng)常隨機變化，這將使儀器工作非常不穩(wěn)定。影響測量精度，因此對電纜的選擇，安裝和連接有要求。隨著材料，技術(shù)，電子技術(shù)特別是集成技術(shù)的發(fā)展，電容式傳感器的優(yōu)點不斷發(fā)揚，而缺點卻不斷被克服。電容式傳感器正逐漸成為一種具有高靈敏度，高精度的傳感器，并有望在動態(tài)，低壓和一些特殊測量領(lǐng)域得到發(fā)展。

四、電容式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

電容感器可用來測量直線位移、角位移,振動振幅(可測至0.05μm的微小振幅),尤其適合測量高頻振動振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機械量,還可用來測差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量點介質(zhì)的濕度、密度、厚度等等。在自動檢測和控制系統(tǒng)中也常常用來作為位置信號發(fā)生器。

當測量金屬表面狀況、距離尺寸、振動振幅時,往往采用單電極式變極距型電容傳感器,這時被測物是電容器的一個電極,另一個電極則在傳感器內(nèi)。航空航天、汽車制造、石油化學、燒磚、陶瓷、表面處理、大氣環(huán)境、環(huán)境實驗箱、食品、飲料、高科技、曖通、工業(yè)、冶金、氣象、計量、軍事、制藥、造紙等行業(yè)都有用到。

五、電容式傳感器在汽車行業(yè)的應(yīng)用案例

以前的電容分析系統(tǒng)要求測量的電容比較大,以及接觸時電容值的變化很大。對傳感器制造商來說,需要足夠大的變化經(jīng)常會帶來問題,而在較小的電容傳感器卻不會出現(xiàn)。采用Σ-Δ技術(shù)能夠?qū)Σ煌膭討B(tài)和精度需求提供靈活的解決方案,并且使傳感器系統(tǒng)具有及其低的電源要求。CDC設(shè)備已經(jīng)用于幾種汽車應(yīng)用,在許多其他領(lǐng)域的應(yīng)用正在增加。

六、電容式傳感器在軍事行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用案例

在使用電容式傳感器的過程中，如果是軍事行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用的話，我們需要考慮的細節(jié)還是非常多的。比如在進行運輸環(huán)節(jié)的沖擊測試的時候，像軍用汽車在這方面是需要高技術(shù)運用的，這樣才可以保障高效率的運輸，而且也需要保障一定的安全，為此對于測試的靈敏度來說，其傳感器對加速度的測試效果要保持一定的精確度，這樣在使用的過程中才可以確保一定的振動效果，為此無論選擇哪一類型的電容傳感器，都要注意具體的運用范圍。

七、電容式傳感器在自動化行業(yè)的應(yīng)用案例（常見）

在自動化行業(yè)領(lǐng)域中，電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質(zhì)特性等方面的測量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
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