5.1 电容式传感器有哪些优、缺点?可分为哪几类? 5.2 如何改善单极式变极距、变面积型电容式传感器的非线性? 5.3 试说明变介电常数型电容式传感器测量位移、液位及厚度的结构原理和测量方法。

5.1 电容式传感器的优点：

(1) 精度高，可达到微米级，适用于高精度测量。

(2) 线性度好，可达到0.1%。

(3) 量程宽，可达到数十米。

(4) 响应速度快，可达到微秒级。

(5) 结构简单，易于制造。

电容式传感器的缺点：

(1) 受介质影响较大，介质介电常数变化会对测量结果产生影响。

(2) 受温度影响较大，温度变化会导致电容值的变化。

(3) 需要外部电源供电，不便于在野外使用。

(4) 对电源电压和电容板间距的稳定性要求较高。

电容式传感器可分为平板电容式传感器、圆柱形电容式传感器、球形电容式传感器、隔板电容式传感器、共面电容式传感器等几类。

5.2 单极式变极距、变面积型电容式传感器的非线性可以通过以下方法进行改善：

(1) 采用双极板结构，使电场更加均匀。

(2) 采用多极板结构，增加测量点，提高测量精度。

(3) 在传感器的电容板表面涂覆导电涂层，增加电容板间的导电面积，提高灵敏度和稳定性。

(4) 采用数字校准方法，通过对非线性误差进行修正来提高测量精度。

5.3 变介电常数型电容式传感器测量位移、液位及厚度的结构原理和测量方法：

(1) 位移测量原理：将电容板固定在被测物体上，另一电容板与位移机构相连，测量位移过程中电容值的变化。

(2) 液位测量原理：将电容板固定在容器底部，另一电容板固定在容器顶部，测量液位变化过程中电容值的变化。

(3) 厚度测量原理：将电容板固定在被测物体的表面，另一电容板与压电陶瓷相连，测量被测物体厚度变化过程中电容值的变化。

测量方法：通过电容式传感器测量出电容值的变化，将其转换为被测量的物理量，再进行显示或记录。常用的转换方法有模拟电路转换和数字信号处理转换。