電容式傳感器分為哪三種

硬件型號(hào)：歐姆龍電容式接近傳感器

系統(tǒng)版本：傳感器系統(tǒng)

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。

1、變極距型電容傳感器

以平行板電容器為例，上極板固定不動(dòng)，下極板為動(dòng)極板，設(shè)初始時(shí)兩極板距離為d0。當(dāng)距離減小Δd時(shí)，則電容相應(yīng)增大，電容的相對(duì)變化為

可見(jiàn)，電容的相對(duì)變化與位移之間為非線性關(guān)系。在誤差允許的范圍內(nèi)，通過(guò)略去高次項(xiàng)可得近似的線性關(guān)系，即電容式傳感器的靜態(tài)靈敏度為。如果只考慮二次非線性項(xiàng)，忽略其他更高次項(xiàng)，可得非線性誤差為：

非線性誤差隨著極距減小而增大，通常極距變化范圍為Δd/d0≈0.1，因此，此類電容傳感器僅適用于較小位移的測(cè)量(0.01 μm～1 mm)。

為了提高靈敏度和減小非線性誤差，同時(shí)克服外界條件如電源電壓、環(huán)境溫度變化的影響，實(shí)際應(yīng)用中常采用差動(dòng)式的電容傳感器。差動(dòng)電容器總電容變化為：

所以電容式傳感器做成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)后，在同樣的位移相對(duì)變化時(shí)，非線性誤差大大降低，而靈敏度比單極距電容傳感器提高了一倍。

2、變面積型電容傳感器

以平行板電容器為例的變面積型電容傳感器，當(dāng)上極板移動(dòng)時(shí)，兩極板間的相對(duì)覆蓋面積發(fā)生變化，從而引起電容的變化。這樣的傳感器可以用于位移測(cè)量。根據(jù)應(yīng)用要求，有平行板型極板、圓筒型極板和鋸齒型極板等，這類傳感器具有較好的線性特性。

當(dāng)動(dòng)極板發(fā)生線位移后，相對(duì)應(yīng)的電容變化為，其中K為靈敏度，其輸出與輸入成線性關(guān)系，靈敏度是常數(shù)。但是平行板型結(jié)構(gòu)對(duì)極距變化特別敏感，測(cè)量精度會(huì)受影響，而圓筒形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，成為實(shí)際中最常采用的結(jié)構(gòu)。當(dāng)動(dòng)筒移動(dòng)后，兩筒重疊長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，電容變化為：其中K為靈敏度。

3、變介質(zhì)型電容傳感器

變介質(zhì)型電容傳感器是在電容器兩極板間插入不同介質(zhì)導(dǎo)致電容變化，利用這種原理制作的傳感器常被用來(lái)測(cè)量液體的液位(即電容式液位傳感器)和材料的厚度等。

同軸圓柱形電容器的初始電容為。測(cè)量時(shí)，電容器的介質(zhì)一部分是被測(cè)液位的液體，一部分是空氣。C1為液體高度為hx時(shí)形成的電容，C2是空氣高度h-hx形成的電容，由于C1和C2可以等效看成并聯(lián)的兩電容器，所以總電容為：

可知，電容理論上與液面高度成線性關(guān)系，只要測(cè)出電容的大小，就可得到液位高度。

另一種測(cè)量介質(zhì)介電常數(shù)變化的電容式傳感器結(jié)構(gòu)和平行板電容器類似，當(dāng)有一厚度未知，但相對(duì)介電常數(shù)已知的介質(zhì)通過(guò)極板間隙時(shí)，可以通過(guò)電容的改變得到介質(zhì)厚度。