4.1.2 电容式传感器的类型

根据上述原理，在应用中电容式传感器可以有三种基本类型——变极距（或称变间隙）型、变面积型和变介电常数型。而它们的电极形状又有平板形、圆柱形和球平面形三种。

1.变极距型电容传感器

图4－1是变极距型电容传感器的结构原理图。图中1、3为固定极板；2为可动极板，其位移是被测量变化而引起的。当可动极板向上移动Δ d ，图4－1（a）和图4－1（b）结构的电容增量为

式中： C ₀ 为极距为 d 时的初始电容值。

式（4－2）说明Δ C 与Δ d 不是线性关系。但当Δ d《 d （ 即量程远小于极板间初始距离）时，可以认为ΔC － Δd 是线性的 。因此这种类型传感器一般用来测量微小变化的量，如0.01μm至零点几毫米的线位移等。

在实际应用中，为了改善非线性、提高灵敏度和减少外界因素（如电源电压、环境温度等）的影响，电容传感器也和电感传感器一样常常做成差分形式，如图4－1（c）所示。当可动极板向上移动Δ d 时，上电容量增加，下电容量减小。

2.变面积型电容传感器

图4－2是变面积型电容传感器的一些结构示意图，其中图4－2（d）为差分式。与变极距型相比，它们的测量范围大。可测较大的线位移或角位移。图中1为固定极，2为可动极。当被测量变化使可动极2位移时，就改变了电极间的遮盖面积，电容量 C 也就随之变化。对于电容间遮盖面积由 S 变为 S ′时，则电容量为

式中：Δ S ＝ S － S′ 。由上式可见，电容的变化量与面积的变化量成线性关系。

3.变介电常数型电容传感器

变介电常数型电容传感器的结构原理如图4－3所示，这种传感器大多用来测量电介质的厚度（图4－3（a））、位移（图4－3（b））、液位、液量（图4－3（c）），还可根据极间介质的介电常数随温度、湿度、容量改变来测量温度、湿度、容量（图4－3（d））等。以图4－3（c）测液面高度为例，其电容量与被测量的关系为

式中： h 为极筒高度； r ₁ 、 r ₂ 为内极桶外半径和外极桶内半径； h _x 、 ε 为被测液面高度和它的介电常数； ε ₀ 为间隙内空气的介电常救。