德國(guó)P+F電容式傳感器的分類(lèi)及原理

以電容器為敏感元件，將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器稱(chēng)為電容式傳感器。電容傳感器的形式很多，常使用變極距式電容傳感器和變面式電容傳感器進(jìn)行位移測(cè)量。

    （1）.變極距式電容傳感器

    圖2是空氣介質(zhì)變極距式電容傳感器的工作原理圖。圖中一個(gè)電極板固定不變，稱(chēng)為固定極板，另一極板間距離d響應(yīng)變化，從而引起電容量的變化。因此，只要測(cè)出電容量的變化量⊿C，便可測(cè)得極板間距變化量，即動(dòng)極板的位移量⊿d。

德國(guó)P+F電容式傳感器的分類(lèi)及原理    變極距電容傳感器的初始電容Co可由下式表達(dá)，即

    

    式中：ε——真空介電常數(shù)（8.85×10-12F/m）
          A——極板面積（m2）
          do——極板間距初始距離（m）
    傳感器的這種變化關(guān)系呈非線(xiàn)性，如圖3所示。

  當(dāng)極板初始距離由do減少⊿d時(shí)，則電容量相應(yīng)增加⊿C，即
    電容相對(duì)變化量⊿C/Co為
    由于，在實(shí)際使用時(shí)常采用近似線(xiàn)性處理，即
    此時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)非線(xiàn)性誤差γo為
    這種處理的結(jié)果，使得傳感器的相對(duì)非線(xiàn)性誤差增大，如圖4所式。
  為改善這種情況，可采用差動(dòng)變極距式電容傳感器，這種傳感器的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。它有三個(gè)極板，其中兩個(gè)固定不動(dòng)，只有中間極板可產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)中間活動(dòng)極板處于平衡位置時(shí)，即d1=d2=do，則C1=C2=Co，如果活動(dòng)極板向右移動(dòng)⊿d,則d1=do-⊿d,d2=do+⊿d,采用上述相同的近似線(xiàn)性處理方法，可得傳感器電容總的相對(duì)變化，為
    傳感器的相對(duì)非線(xiàn)性誤差γo為
            不難看出，變極距式電容傳感器改成差動(dòng)之后，不但非線(xiàn)性誤差大大減小，而且靈敏度也提高了一倍。

德國(guó)P+F電容式傳感器的分類(lèi)及原理（2）.變面積式電容傳感器

    圖6是變面積式電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，它由兩個(gè)電極構(gòu)成，其中一個(gè)為固定極板，另一個(gè)為可動(dòng)極板，兩極板均成半圓形。假定極板間的介質(zhì)不變（即電介質(zhì)常數(shù)不變），當(dāng)兩極板*重疊時(shí)，其電容量為
        Co=⊿A/d
當(dāng)動(dòng)極板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)α角時(shí)，兩極板的對(duì)應(yīng)面積要減小⊿A，則傳感器的電容量就要減小⊿C。如果我們把這種電容量的變化通過(guò)諧振電路或其它回路方法檢測(cè)出來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了角位移轉(zhuǎn)換為電量的電測(cè)變換。
    電容式位移傳感器的位移測(cè)量范圍在1um—10mm之間，變極距式電容傳感器的測(cè)量精度約為2%。變面積式電容傳感器的測(cè)量精度較高，其分辨率可達(dá)0.3um。