③采用运算放大器法：运算放大器法的原理如图所示。它利用运算放大器的虚地来减小引线电缆寄生电容。运算放大器法电容传感器的一个电极经电缆芯线接运算放大器的虚地Σ点，电缆的屏蔽层接仪器地，这时与传感器电容相并联的为等效电缆电容，为运算放大器的开环放大倍数，因而大大减小了电缆电容的影响。第31页，共47页，星期日，2025年，2月5日电容式传感器的应用非常广泛，它可用来测量液位和物位、压力、加速度、直线位移、角度和角位移、厚度、振动和振幅、转速、温度、湿度及成分等参数。4.4.1电容式压力传感器图4-17所示是典型的差动电容式压力传感器。其主要结构为一个膜片动电极和两个在凹形玻璃上电镀成的固定电极组成的差动电容器。当被测压力或压力差作用于膜片并使之产生位移时，形成的两个电容器的电容量，一个增大，一个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。第32页，共47页，星期日，2025年，2月5日差动电容式压力传感器第33页，共47页，星期日，2025年，2月5日第1页，共47页，星期日，2025年，2月5日1.1工作原理及结构形式电容式传感器的基本原理是将被测量的变化转换成传感元件电容量的变化，再经过测量电路将电容量的变化转换成电信号输出。电容式传感器实际上是一个可变参数的电容器。电容式传感器工作原理图第2页，共47页，星期日，2025年，2月5日平板电容器电容量表达式为：三个参数都直接影响着电容量的大小。如果保持其中两个参数不变，而使另外一个参数改变，则电容量就将发生变化。如果变化的参数与被测量之间存在一定函数关系，那么电容量的变化可以直接反映被测量的变化情况，再通过测量电路将电容量的变化转换为电量输出，就可以达到测量的目的。电容式传感器通常可以分为三种类型：改变极板面积的变面积式；改变极板距离的变间隙式；改变介电常数的变介电常数式。第3页，共47页，星期日，2025年，2月5日2.1变面积式电容传感器变面积式电容式传感器通常分为线位移型和角位移型两大类。（1）线位移变面积型常用的线位移变面积型电容式传感器可分为平面线位移型和柱面线位移型两种结构。第4页，共47页，星期日，2025年，2月5日对于平板状结构，在图4-2（a）中，两极板有效覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为：式中，，为初始电容值。对于柱状结构，在图4-2（b）中，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为：式中，，为初始电容值。第5页，共47页，星期日，2025年，2月5日（2）角位移型角位移型是变面积式电容传感器的派生形式，其派生形式种类较多，如图所示。（a）角位移型；（b）齿形极板型；（c）圆筒型；（d）扇型图4-3变面积式电容传感器的派生型在图4-3（a）中，当动极板有一个角位移时，它与定极板之间的有效覆盖面积就会发生变化，从而导致电容量的变化，电容值可表示为：第6页，共47页，星期日，2025年，2月5日2.3变间隙式电容传感器当电容式传感器的面积和介电常数固定不变，只改变极板间距离时，称为变间隙式电容传感器，其结构原理如图所示。图中，活动极板与被测对象相连。第7页，共47页，星期日，2025年，2月5日当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，电容量随着两极板间的距离的变化而变化，当活动极板移动后，其电容量为：这类传感器一般用来对微小位移量进行测量，正常工作在微米到几毫米的线位移。同时，变间隙式电容传感器要提高灵敏度，应减小极板间的初始间距。为了改善这种情况，一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数较高的介质。第8页，共47页，星期日，2025年，2月5日2.4变介电常数式电容传感器根据前面的分析可知，介质的介电常数也是影响电容式传感器电容量的一个因素。通常情况下，不同介质的介电常数各不相同。第9页，共47页，星期日，2025年，2月5日当电容式传感器的电介质改变时，其介电常数变化，也会引起电容量发生变化。变介电常数式电容传感器就是通过介质的改变来实现对被测量的检测，并通过传感器的电容量的变化反映出来。它通常可以分为柱式和平板式两种，如图所示。（a）柱式（b）平板式变介电常数式电容传感器第10页，共47页，星期日，2025年，2月5日变介电常数式电容传感器的两极