本文介绍了电容式传感器的工作原理，包括变面积式电容传感器、变极距式电容传感器、变介电常数式电容传感器，然后重点分享了电容式传感器的测量转换电路。

电容式传感器是把被测量转换为电容值的一种传感器。它具有结构简单、分辨率高、动态特性良好、自身发热小的优点， 可以非接触式测量。电容式传感器测量技术常应用于位移、厚度、液位、压力、转速、加速度、角度、流量、振幅等的测量。

5.1 电容式传感器的工作原理

5.1.1 变面积式电容传感器(S)

变面积式电容传感器的原理图如图5-3所示。当电容的介电常数ε和极距d固定不变时，被测对象通过移动动极板引起电容两极板的正对面积S的变化，从而改变电容。



变面积式电容传感器的输出特性曲线是线性的，其灵敏度是常数。 这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参数。

5.1.2 变极距式电容传感器(d)

如图5-4所示，变极距式电容传感器的极板正对面积S和介电常数ε固定不变，当动极板受被测物体作用引起位移时，**改变了两极板之间的距离d，**从而使电容发生变化。

在实际使用中，总是希望初始极距d0尽量小些，这样就可以提高灵敏度，但同时也带来了变极距式电容传感器测量行程较小的缺点。

为了提高灵敏度并减小非线性，避免外界因素（如电源电压和环境温度）对测量的影响，经常采用差动式电容传感器的结构，其原理图如图5-6所示。

采用差动连接后，动极板产生位移后导致上下两个电容一个增大、一个减小，电容式传感器的灵敏度可以提高一倍，线性度得到改善，同时两个电容可以抵消外界因素的影响。

5.1.3 变介电常数式电容传感器(xigama)

不同的介质有着不同的相对介电常数，所以在同一电容两极板间**放置不同介质时，**电容器的电容量就会不同。表5-1所示为常见的气体、液体、固体介质的相对介电常数。

由式（5-1 5）可知，电容的变化与位移x为线性关系。如果选择的介质的介电常数ε1比较大，材料的厚度d1也比较大，就可以提高传感器的灵敏度。上述结论没有考虑边缘效应。实际上，由于边缘效应，将存在非线性，从而使灵敏度下降。

5.2 电容式传感器的测量转换电路

5.2.1 电桥电路

5.2.2 调频电路

5.2.3 运算放大器电路

5.2.4 二级管双T型电桥电路

5.3电容式传感器的运用

电容的电容值受三个因素影响，即极距x、正对面积S和介电常数ε。固定其中两个变量，电容 C 就是另一个变量的一元函数。只要想办法将被测非电量转换成极距、面积或介电常数的变化，就可以通过测量电容这个电参数来达到测量非电量的目的。

5.3.1 电容测厚仪

5.3.2 电容式压差传感器

如图5-13 所示为电容式压差传感器的原理图。被测压力经过过滤网后作用在金属弹性膜片1的两侧，当金属弹性膜片1两侧的压力不同时会产生压差，膜片将凸向压力低的一侧。膜片和两个镀金玻璃圆片2形成电容结构，膜片变形后电容量发生变化，电容值的变化量反映膜片两侧的压力差。这种传感器的特点是分辨率高，常用于气体、液体的压力或压差测量，或者液位和流量的测量。

5.3.3 电容式油量表

油箱油量检测系统如图5-14 所示，由电容器、电桥电路、伺服电动机、减速器、指示表盘等组成。

5.3.4 电容式接近开关

以上为电容式传感器的工作原理和电容式传感器的测量转换电路相关内容，希望对大家有所帮助。