自动检测技术及仪表课程设计之电容式传感器
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电容式传感器
摘要：
电容式传感器是利用电容器的原理，将被测非电量转化为电容量的变化，从而实现了非电量到电量的转化。电容式传感器不但广泛地应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还可用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
电容式传感器的优点是：结构简单、价格便宜、体积小、分辨率高、过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。其主要的缺点是：输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。
一、工作原理
电容式传感器是将被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的测量装置。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见左图）。若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA／δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε 三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。电源接通时，RC振荡器不振荡，当一目标朝着电容器的电靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。
二、组成结构及原理
电容式传感器是将被测非电量转换成电容量的变化，电容式传感器的基本