变极距电容传感器：非线性原理与应用详解

变极距型电容式传感器是电容式传感器的一种特殊类型，它在电容传感器的理论框架下具有独特的非线性特性。第5章"电容式传感器"深入探讨了这种传感器的工作原理、结构和应用。电容式传感器利用的是电容器的电容与其极板间的物理量（如极板距离、面积或介电常数）之间的变化关系，从而实现对诸如位移、振动、角度、加速度、压力、差压、液面高度以及物质成分等非电量的测量。 电容式传感器的工作原理基于两个平行平板之间的电容公式，即电容C与极板面积A、极板间介质的介电常数ε及极板间距d的关系。通过控制一个或多个参数，如改变极板间的距离或面积，可以实现电容值的调整。传感器设计时通常会保持其他参数恒定，以便于将测量参数的变化清晰地映射到电容变化上。 变极距型电容式传感器的特点包括结构简单、体积小巧、高分辨率、非接触式测量、动态响应良好，能在恶劣环境下稳定工作。然而，它们可能功率消耗小、输出阻抗高，对负载能力要求较高，容易受到外部干扰导致输出不稳定。这种传感器分为三种主要类型：变极距型、变面积型和变介质型，其中变极距型是指极板间距随被测参数变化的传感器。 变面积型电容式传感器有平板型和筒状型两种常见形式，其电容改变量与位移或角位移呈现线性关系。例如，当位移发生时，极板的相对面积变化导致电容变化，通过电容-电压转换器将其转化为电信号。介质的选择也会影响传感器性能，不同的介电常数对应着不同的应用条件，如真空、空气、聚合物、液体等。 变介质型传感器则通过改变介质性质来影响电容，常见的介质如硅油、金刚石等，它们的相对介电常数范围广，适用于不同频率范围的测量需求。 第5章详细讲解了电容式传感器的基本原理、变极距型电容式传感器的特性和非线性特性，以及它们在实际应用中的优势和局限性，为理解和设计此类传感器提供了丰富的理论依据。