西安鐵路職業技術學院傳感器與檢測技術電容式傳感器的工作原理各種汽車、飛機的儀表盤上都有油箱油量的指示表，它是駕駛員要掌握的重要參數之一。檢測油箱液位的高低就要用到液位傳感器，通常采用電容式液位傳感器來測量油箱液位。電容式傳感器是把被測非電量轉換為電容量變化的一種傳感器。它具有高阻抗、小功率、動態范圍大、響應速度快、幾乎沒有零漂、結構簡單、適應性強、可在惡劣的環境下使用等優點，但它具有分布電容影響嚴重的缺點。平板式電容器是由兩個金屬極板、中間夾一層電介質構成的。若在兩極板間加上電壓，電極上就儲存有電荷，所以電容器是一種儲存電場能量的元件。通過電容量的計算公式可以看出，只要保持其中兩個參數不變，僅改變其中一個參數，就可把該參數的變化轉換為電容量的變化，通過測量電路就可轉換為電量輸出。因此，電容式傳感器工作方式可分為變極距式、變面積式和變介質式3種類型。一、電容式傳感器的結構各種電容式傳感器的結構示意圖如圖所示。一、電容式傳感器的結構變極距式(a)(e)；變面積式(b)(c)(d)(f)(g)(h)；變介電常數(i)(j)(k)(l)二、電容式傳感器的工作原理2.1變極距式電容傳感器變極距式電容傳感器如圖所示，兩塊極板中的一塊為定極板，另一塊為動極板，當動極板受被測量作用產生位移Δd時，改變了兩極板間的距離d，從而使電容量C發生變化。這種傳感器可以用來測量微小位移，測量范圍為0.01μm~0.1mm之間。二、電容式傳感器的工作原理2.1變極距式電容傳感器二、電容式傳感器的工作原理2.1變極距式電容傳感器差動式變極距電容傳感器的結構如圖所示，其中上下極板為定極板，中間的動極板將電容分為和兩部分，初始狀態時C1=C2=C0；當中間的動極板向上移動時，C1的極距變為d—?d，C2的極距變為d+?d。二、電容式傳感器的工作原理2.1變極距式電容傳感器所以，電容的變化量:則靈敏度:結論:采用差動式變極距型電容式傳感器的靈敏度提高了一倍，同吋非線性誤差得到了很大的改善。1提高靈敏度2減小非線性誤差二、電容式傳感器的工作原理1直線位移型電容傳感器直線位移型變面積式電容傳感器如圖所示。其中上極板為動極板，下極板為定極板。2.2變面積式電容傳感器二、電容式傳感器的工作原理2角位移型電容傳感器角位移型電容傳感器如圖所示。下方為動極板，上方為定極板。2.2變面積式電容傳感器二、電容式傳感器的工作原理2.2變面積式電容傳感器二、電容式傳感器的工作原理2.3變介電常數式電容傳感器變介電常數式電容傳感器如圖所示。這種傳感器可以用來測量濕度、物位和密度等。二、電容式傳感器的工作原理2.3變介電常數式電容傳感器二、電容式傳感器的工作原理類型變間隙變面積變介電常數應用場合線位移角位移或較大線位移物位、濕度、密度是否線性非線性關系。靈敏度也不是常數。線性關系

線性關系

結論：二、電容式傳感器的工作原理3.1邊緣效應邊緣效應造成邊緣電場產生畸變，使工作不穩，非線性誤差也增加。為了消除邊緣效應的影響，在結構設計時，可以采用帶有保護環的結構，如圖所示。二、電容式傳感器的工作原理3.2寄生電容寄生電容與傳感器電容相并聯，影響傳感器靈敏度，而它的變化則為虛假信號影響儀器的精度，必須消除和減小它。可采用方法：集成化

將傳感器與測量電路本身或其前置級裝在一個殼體內，省去傳感器的電纜引線。這樣，寄生電容大為減小而且易固定不變，使儀器工作穩定。二、電容式傳感器的工作原理3.2寄生電容采用“驅動電纜”(雙層屏蔽等位傳輸)技術二、電容式傳感器的工作原理3.2寄生電容整體屏蔽法

將電容式傳感器和所采用的轉換電路、傳輸電纜等用同一個屏蔽殼屏蔽起來，正確選取接地點；這樣可減小寄生電容的影響和防止外界的干擾。一級標題二級標