什么是电容式传感器？其工作原理是怎样的？

来源：IC先生

多年来，一种简单的电容传感器已经在商业上可用，用于检测非金属物体，尽管它们仅限于短距离，通常低于 1 厘米。通常，电容传感器是一种接近传感器，用于通过传感器形成的电场效应来检测附近的物体。这些类型的传感器与雷达有一些相似之处，它们能够感知导电材料，同时通过塑料或木材等绝缘材料进行观察。

与雷达相比，差异显着。电容式传感器更小、更简单、更便宜且功耗更低。因此，本文简要介绍了电容式传感器及其与应用程序的工作原理。

什么是电容传感器？
用于在没有任何物理接触的情况下检测液体或固体等目标的电子设备称为电容传感器。为了检测这些目标，电容传感器会从传感器的检测端产生一个电场。任何可以中断该电场的目标都可以通过该传感器检测到。
电容传感器可以检测的固体材料有纸、塑料、玻璃、布和木头。电容传感器可检测的液体有油、油漆、水等。

电容式传感器工作原理
电容传感器的工作原理与普通电容器一样。在该传感器中，传感面内的金属板与振荡器电路电连接，被检测的目标可以充当电容器的下一个板。与产生电磁场的感应式传感器
不同，电容式传感器产生静电场。

静电场产生

电容传感器的框图如下所示。内部电容图如上图所示。该传感器包括一个高频振荡器，其传感表面通过两个金属电极形成。一旦物体靠近感应表面，它就会移动到电极的静电场中并改变振荡器的电容。

因此，一旦达到一定幅度，振荡器电路将开始振荡并改变传感器的输出条件。一旦目标远离电容传感器，振荡器的振幅就会减小，从而将电容传感器切换回其原始位置。
该传感器的典型检测范围约为 1 英寸或 25 毫米，而某些传感器的范围可扩展到 2 英寸。

这些传感器可以简单地检测物体的优异介电常数。因此，这使得检测非金属容器内的材料成为可能，因为与容器相比，液体的介电常数要高得多。因此，这为传感器提供了观察整个容器并检测液体的能力。为了更好的操作，它们必须在温度和湿度相当恒定的情况下使用。

电容式传感器公式

电容传感器是一种用于电容传感的器件。它主要基于电容耦合原理。该传感器可以简单地检测和测量不同的事物，如运动、化学成分、位移、电场，并间接检测许多其他变量，这些变量可以转化为介电常数或运动，如加速度、压力、流体成分和液位。
电容传感器包括两个金属板，它们之间的距离为“d”，面积为“A”。因此，两个端子之间的电容“C”可以通过以下表达式给出。

C = ε0*εr*A/h

其中：

“C”是法拉第内的电容

'εr' 是绝缘体的相对介电常数

'εo' 是自由空间的介电常数

'A' 是两个板块的重叠区域

“h”是两块板之间间隙的宽度。

电容式传感器的类型
电容式传感器提供非接触式目标检测。这些传感器不仅可以检测目标的存在与否；但是，它们还可以检测压力、流量、间距、液位等。这可以简单地针对不同行业的不同材料进行。有不同类型的电容传感器，包括以下内容。

微型电容式传感器

这种类型的电容传感器有晶片或圆柱形，可以放置在最紧凑的地方。这些传感器主要用于监控和控制机器过程和工作，就像用于作业计数的探测器一样。为了在狭小的空间内提供最出色的贴合性，小型传感器头需要一个外部放大器。所以在这个外部放大器上，电位器可以用来调节灵敏度。

圆柱形电容式传感器

与 ∅6.5 – M12 & M12 – M30 的微型传感器相比，这种圆柱形电容传感器更大。该传感器主要包括可调节的感应距离、外壳直径范围以及齐平和非齐平安装选项。这些传感器主要直接提供液位检测或非接触式接近检测，否则整个容器壁。

高温电容式传感器

高温电容式传感器用于传感器头暴露在极端温度下的情况。即使在最恶劣的情况下，这些传感器仍然可以通过热材料和温度直接接触来检测液体温度水平和散装货物。

模拟电容传感器

模拟电容式传感器的工作原理与典型的电容式传感器类似，但根据使用方式的不同，它具有不同的优势。例如，与其他用途相比，这些传感器在材料选择、厚度和浓度差异监测方面非常出色。        

电容式传感器主要应用

电容式传感器检测和测量除空气外具有电介质的导电物体。
这些传感器最常用于确定导电目标位置的变化。然而，这些类型的传感器在测量密度、存在、厚度和非导体位置方面也非常有效。与空气相比，塑料等非导电材料具有不同的介电常数。
电容式传感器用于检测或测量位置、接近度、加速度、位移、液位和湿度。
作为输入设备，电容感应触摸屏用于手机、平板电脑、数字音频播放器等
这些传感器取代了机械按钮。
总之，电容式传感器经常用于测量导电目标位置内的变化。然而，这些在测量密度、厚度和非导体位置时可能非常有效。