电容式传感器:将被测非电量的变化转换为电容量变化的仪器-中文百科频道

分类

根据被测参数的变化分：

（1）变极距型电容传感器(d)

（2）变面积型电容传感器(A)

（3）变介质型电容传感器(ε)

应用

1、ZCS1100型精密电容位移传感器。

本传感器可以在线检测压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量等。该传感器是一个单一的通道，高性能线性位移测量系统，创新的电容位移测量技术，提供了纳米测量能力，成本低，适合测量任何导电目标。

2、FWS-CⅡ型在线电容式水分检测传感器。

在线检测各种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率，特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮机、船舶机械。监视循环油系统是否存在泄漏，如水冷却器等。监视工作机械的密封元件是否损坏，引起外部水渗入。

监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响，从而精确测定润滑油质量，预测设备故障，是设备润滑油管理中的关键部件。本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻，结构可靠，测量精度高，工作稳定，具有较强的抗电磁干扰性能。封闭型不锈钢制外壳具有很好的防水防尘性能。可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。是理想的在线水分检测传感器。

该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，在线、连续、实时的检测各种低水分油品的含水率。直接显示，远程控制和报警。实现数据存储，积算、传输和控制功能。普遍应用于大中型机械联动机组的液压、润滑循环系统例如：高线轧机和板带轧机润滑油系统、板带轧机和棒线轧机液压传动系统、汽轮发电机组润滑系统、造纸机组润滑系统、船舶机械润滑系统、燃料油库。粘度计，污染度，湿度计电容式传感器。

3、FW-C1型电容式润滑油实时在线监测传感器。

本传感器可以在线准确测定润滑油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其它机械化学杂质污染度，从而精确测定润滑油质量，判定是否需要更换润滑油，即可节约油料，又能预测设备故障，是设备润滑油管理中改变传统的按期换油，实现按质换油的关键部件。本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻，结构可靠，是理想的在线润滑油检测传感器，可普遍应用于各类大型动力机械，轴承，齿轮箱，泵机和汽轮机的润滑油检测质量实时检测中。该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，实现数据存储，积算、传输和控制功能。

4、电容式压力传感器

5、加速度传感器

6、差动式电容测厚传感器

原理

电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2∏eL/lnD/d，式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。

特点优势

电容式传感器与电阻式、电感式等传感器相比有如下一些优点：

(1)高阻抗、小功率,因而所需的输入力很小，输人能量也很低。电容式传感器因带电极板间静电引力极小(约几个10-5N)，因此所需输入能量极小，所以特别适宜用来解决输入能量低的测量问题，例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏,分辨力非常髙，能感受0.001μm甚至更小的位移。

(2)温度稳定性好。传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又因本身发热极小，对稳定性影响甚微。

(3)结构简单，适应性强，待测体是导体或半导体均可,可在恶劣环境中工作。电容式传感器结构简单,易于制造,可做得非常小巧，以实现某些特殊的测量;能工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中，也能对带有磁性的工件进行测量。

(4)动态响应好。由于极板间的静电引力很小，可动部分做得很小很薄，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特别适合动态测量，如测量振动、瞬时压力等。

(5)可以实现非接触测量，具有平均效应。例如非接触测量回转轴的振动或偏心、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应，可以减小工作表面粗糙等对测量的影响。

不足之处

(1)输出阻抗高，负载能力差。

(2)寄生电容影响大。

电容式传感器的初始电容量很小,而传感器的引线电缆电容(lm~2m导线可达800pF)、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大，这一方面降低了传感器的灵敏度;另一方面这些电容(如电缆电容)常常是随机变化的，将使传感器工作不稳定，影响测量精度，其变化量甚至超过被测量引起的电容变化量，致使传感器无法工作。因此对电缆的选择、安装、接法都要有要求。

为减小电缆分布电容影响，可将电子线路的前级装在离传感器敏感部分很近的地方，或采用所谓“双层屏蔽等电位传输技术”，

又称“驱动电缆”技术。这种方法的基本思路是:连接电缆采用内外双层屏蔽，使内屏蔽层与被屏蔽的导线电位相同，因而两者之间没有容性电流存在，这样使引线与内屏蔽之间的电缆电容不起作用，外屏蔽仍被接地而对外界电场起屏蔽作用，其原理如图5-15所示。外屏蔽接地后，对地之间电容将成为1:1放大器的负载，它也与电容式传感器的电容无关。这样无论电缆形状和位置如何变化，都不会对传感器的工作产生影响。

实验证明：采用驱动电缆技术,即使电容式传感器电容较小，在传输电缆长达10m时，传感器仍能很好地工作。

两点注意：

工作频率等于或接近谐振频率时，谐振频率破坏了电容的正常作用。因此，工作频率应该先择低于谐振频率。

电容式传感器的有效电容除与位移有关外，还与角频率有关。因此，在实际应用时必须与标定的条件（ω）相同。