電容式傳(chuan) 感器具有結構簡單，靈敏度高，溫度穩定性好，適應性強，動態性能好等一係列優(you) 點，目前在檢測技術中不僅(jin) 廣泛應用於(yu) 位移、振動、角度、加速度等機械量的測量，還可用於(yu) 液位、壓力、成份含量等熱工方麵的測量中。

電容傳感器

電容傳(chuan) 感器，英文名稱為(wei) capacitive type transducer，是一種將其他量的變換以電容的變化體(ti) 現出來的儀(yi) 器。其主要由上下兩(liang) 電極、絕緣體(ti) 、襯底構成，在壓力作用下，薄膜產(chan) 生一定的形變，上 下級間距離發生變化，導致電容變化，但電容並不隨極間距離的變化而線性變化，其還需測量電路對輸出電容進行一定的非線性補償(chang) 。

電容傳感器的分類

電容傳(chuan) 感器按傳(chuan) 感器類型分：

觸摸傳(chuan) 感器：包括顯示器件和輸入器件

運動傳(chuan) 感器：包括加速度計、陀螺儀(yi) 和磁傳(chuan) 感器

位置傳(chuan) 感器：包括位移傳(chuan) 感器和接近傳(chuan) 感器

其他傳(chuan) 感器：包括壓力傳(chuan) 感器、位移傳(chuan) 感器、液位傳(chuan) 感器

電容傳(chuan) 感器按原理分：

電容式傳(chuan) 感器一般由兩(liang) 個(ge) 平行電極構成，在其兩(liang) 個(ge) 電極之間以空氣作為(wei) 介質，在不考慮邊緣效應的前提下，其電容可表示為(wei) C=εS/d，其中，ε表示兩(liang) 電極間 介質(即空氣)的介電常數，S表示兩(liang) 電極之間相互覆蓋的麵積，d表示兩(liang) 電極間的距離，電容受這三個(ge) 參數影響，任意一參數的改變就會(hui) 使得電容得以改變。

因 此，電容傳(chuan) 感器分為(wei) 介質變化型(ε的變化因此C的變化)、麵積變化型(S的變化因此C的變化)和極距變化型(d的變化因此C的變化)三種。

電容傳感器的原理

一、變化麵積式電容傳感器

圖a是平板形直線位移式結構，其中極板1可以左右移動，稱為(wei) 動極板。極板2固定不動，稱為(wei) 定極板。圖b是同心圓筒形變麵積式傳(chuan) 感器。外圓筒不動，內(nei) 圓筒在外圓筒內(nei) 作上、下直線運動。

變麵積式電容傳(chuan) 感器的輸出特性在一小段範圍內(nei) 是線性的，靈敏度是常數。這一類傳(chuan) 感器多用於(yu) 檢測直線位移、角位移、尺寸等參量。

二、變化極距式電容傳感器

當動極板受被測物體(ti) 作用引起位移時，改變了兩(liang) 極板之間的距離d，從(cong) 而使電容量發生變化。

實際使用時，總是使初始極距d0盡量小些，以提高靈敏度，但這也帶來了變極距式電容器的行程較小的缺點。

a）結構示意圖 b）電容量與(yu) 極板距離的關(guan) 係

從(cong) 圖中可以看到，為(wei) 了提高靈敏度，應使d0小一些為(wei) 好，但行程變小（動靜極板接觸）。

三、變化介電常數式

因為(wei) 各種介質的相對介電常數不同，所以在電容器兩(liang) 極板間插入不同介質時，電容器的電容量也就不同。

電容傳感器的特點

電容變換器需要將所測的力學量轉換成電壓或電流後進行放大和處理。 在有些條件下，這些力學量變化相當緩慢，而且變化範圍極小， 測量要有較高的分辨率，其他傳(chuan) 感器很難做到高分辨率要求， 而有的電容測微儀(yi) 分辨率為(wei) 0.01 μm， 最大量程為(wei) 100±5 μm，因此一般采用電容式傳(chuan) 感器進行檢測比較適宜， 這類傳(chuan) 感器具有以下 突出優(you) 點：

(1)高阻抗、小功率,因而所需的輸入力很小，輸入能量也很低。

電容式傳(chuan) 感器因帶電極板間靜電引力極小(約幾個(ge) 10-5N)，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜用來解決(jue) 輸入能量低的測量問題，例如測量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常髙，能感受0.001μm甚至更小的位移。

(2)溫度穩定性好。

傳(chuan) 感器的電容值一般與(yu) 電極材料無關(guan) ，有利於(yu) 選擇溫度係數低的材料， 又因本身發熱極小，對穩定性影響甚微。

(3)結構簡單，適應性強，待測體是導體或半導體均可,可在惡劣環境中工作。

電容式傳(chuan) 感器結構簡單，易於(yu) 製造，可做得非常小巧，以實現某些特殊的測量；能工作在高低溫、強輻射及強磁場等惡劣的環境中，也能對帶有磁性的工件進行測量。

(4)動態響應好。

由於(yu) 極板間的靜電引力很小，可動部分做得很小很薄，因此其固有頻率很高，動態響應時間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特別適合動態測量，如測量振動、瞬時壓力等。

(5)可以實現非接觸測量，具有平均效應。

例如非接觸測量回轉軸的振動或偏心、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時，電容式傳(chuan) 感器具有平均效應，可以減小工作表麵粗糙等對測量的影響.

電容式觸摸傳感器

消費電子產(chan) 品如多點觸摸屏、觸摸板、滑動條、電視遙控、智能手機、多媒體(ti) 播放器、平板電腦、信息亭和遊戲機等更多地采用了電容式觸摸傳(chuan) 感器，成為(wei) 各種消費電子產(chan) 品中機械式開關(guan) 的一種實用、增值型替代方案。

對於(yu) 典型的電容式傳(chuan) 感器，規定其覆蓋層的厚度為(wei) 3mm或更薄。隨著覆蓋層厚度的增加，來傳(chuan) 感手指的觸摸將變得越來越困難。伴隨著覆蓋層厚度的增加，係統調整過程將必須從(cong) “科學”跨越到“精益求精”。

手指電容

所有電容式觸摸傳(chuan) 感係統的核心部分都是一組與(yu) 電場相互作用的導體(ti) 。在皮膚下麵，人體(ti) 組織中充滿了傳(chuan) 導電解質（一種有損電介質）。正是手指的這種導電特性，使得電容式觸摸傳(chuan) 感成為(wei) 可能。

簡單的平行板電容器具有兩(liang) 個(ge) 導體(ti) ，其間隔著一層電介質。該係統中的大部分能量直接聚集在電容器極板之間。少許能量會(hui) 泄露到電容器極板以外的空間，而由這些泄露能量所形成的電場被稱為(wei) “邊緣場”。

把手指放在邊緣電場的附近將增加電容式傳(chuan) 感係統的導電表麵積。由手指所產(chan) 生的額外電荷存儲(chu) 容量就是已知的手指電容CF。無手指觸摸時的傳(chuan) 感器電容用CP來表示。

關(guan) 於(yu) 電容式傳(chuan) 感器的一個(ge) 常見的誤解是：為(wei) 了使係統正常工作，手指必須接地。實際上，手指被傳(chuan) 感的原因在於(yu) 它帶有電荷，而這與(yu) 其是否懸空或接地完全無關(guan) 。

從(cong) 汽車領域、製造業(ye) 、消費電子到醫療保健等各個(ge) 行業(ye) 對電容式位置傳(chuan) 感器的需求量在持續增長。與(yu) 機械式開關(guan) 相比，基於(yu) 電容的觸摸傳(chuan) 感器的主要優(you) 點是耐用性好，不易損壞，可以長期使用。混合信號技術的近期發展，不僅(jin) 使得觸摸式傳(chuan) 感器的成本在各種消費類產(chan) 品中降到了具有成本效益的水平，而且還提高了檢測電路的靈敏度和可靠性（因為(wei) 增加了覆蓋層的厚度和耐用性）。電容式觸摸傳(chuan) 感器成為(wei) 機械式開關(guan) 元件的一種實用型替代方案。