電容式傳感器的應(yīng)用
電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于壓力、位移、加速度、厚度、振動(dòng)、液位等測(cè)量中。但在使用中要注意以下幾個(gè)方面對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響：①減小環(huán)境溫度、濕度變化（可能引起某些介質(zhì)的介電常數(shù)或極板的幾何尺寸、相對(duì)位置發(fā)生變化）；②減小邊緣效應(yīng)；③減少寄生電容；④使用屏蔽電極并接地（對(duì)敏感電極的電場(chǎng)起保護(hù)作用，與外電場(chǎng)隔離）；⑤注意漏電阻、激勵(lì)頻率和極板支架材料的絕緣性。
電容式傳感器應(yīng)用中的注意事項(xiàng)
?。?）克服寄生電容的影響
電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其電容量都很小（pF到幾十pF），屬于小功率、高阻抗器件，因此極易外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且具有隨機(jī)性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯(lián)，嚴(yán)重影響感器的輸出特性，甚至?xí)蜎]有用信號(hào)而不能使用。消滅寄生電容影響，是電容式傳感器實(shí)用的關(guān)鍵。
?。?）克服邊緣效應(yīng)的影響
實(shí)際上當(dāng)極板厚度h與極距δ之比相對(duì)較大時(shí)，邊緣效
應(yīng)的影響就不能忽略；邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產(chǎn)生非線性。
?。?）克服靜電引力的影響
電容式傳感器兩極板間因存在靜電場(chǎng)，而作用有靜電引力或力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數(shù)、極間距離有關(guān)。通常這種靜電引力很小，但在采用推動(dòng)力很小的彈性敏感元件情況下，須考慮因靜電引力造成的測(cè)量誤差。
（4）溫度影響
環(huán)境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對(duì)被測(cè)輸入量的單值函數(shù)關(guān)系，從而引入溫度干擾誤差。溫度影響主要包括溫度對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸和對(duì)介質(zhì)的影響兩方面。
電容式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路
目前較常采用的有電橋電路、調(diào)頻電路、脈沖調(diào)寬電路和運(yùn)算放大器式電路等，這里只介紹電橋電路和運(yùn)算放大器電路。
一、 電橋電路
將電容傳感器接入交流電橋作為電橋的一個(gè)或兩個(gè)相鄰臂，另外兩臂可以是電阻、電容或電感，也可以是變壓器的兩個(gè)次級(jí)線圈，如圖1所示。
在圖1a單臂接法電橋電路中，電容c1、c2、c3、cx構(gòu)成電橋的四臂，cx為電容傳感器，當(dāng)cx改變時(shí)，u0≠0，有輸出電壓。
在圖1 b差動(dòng)接法電橋電路中，其輸出電壓可用下式表示：
由于電橋輸出電壓與電壓成比例，因此要求電源電壓波動(dòng)極小，需要采用穩(wěn)幅、穩(wěn)頻等措施。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，接有電容傳感器的交流電橋輸出阻抗很高（一般達(dá)幾兆歐至幾十兆歐），輸出電壓幅值又小，所以必須后接高輸入阻抗放大器將信號(hào)放大后才能測(cè)量。
由電橋電路組成的系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。
二、調(diào)頻電路
將電容傳感器接入高頻振蕩器的lc諧振回路中，作為回路的一部分。當(dāng)被測(cè)量變化使傳感器電容改變時(shí)，振蕩器的振蕩頻率隨之改變，即振蕩器頻率受傳感器電容所調(diào)制。其電路組成原理框圖如圖3所示。
特點(diǎn)：
轉(zhuǎn)換電路生成頻率信號(hào)，可遠(yuǎn)距離傳輸不受干擾。
具有較高的靈敏度，可以測(cè)量高至0.01μm級(jí)位移變化量。
但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后，進(jìn)行補(bǔ)償。
三、運(yùn)算放大器式電路
將電容傳感器接入開環(huán)放大倍數(shù)為a的運(yùn)算放大電路中，作為電路的反饋組件，如圖4所示。圖中u是交流電源電壓，c是固定電容，cx是傳感器電容，uo是輸出信號(hào)電壓。
