变介质型电容式传感器简介

如果在电容式传感器的极板之间插入不同的介质，电容式传感器的电容量就会变化。变介质型电容式传感器常被用来测量液体的液位和材料的厚度，还可根据极板间的介质介电常数随温度、湿度的改变而改变来测量温度、湿度等。

图4-8所示是一种变极板间介质的电容式传感器用于测量液位高低的结构原理图。设被测介质的介电常数为ε₁，液面高度为h，变换器总高度为H，内筒外径为d，外筒内径为D，此时变换器电容值C为气体介质间电容量加上液体介质间电容量之和。

式中 ε——空气介电常数；

C₀——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值，即

由变换器电容值C化简的公式可见，此变换器的电容增量正比于被测液位高度h。

变介质型电容式传感器有较多的结构形式，可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体介质的湿度。图4-9所示是一种常用的结构形式。图中两平行电极固定不动，极距为d₀，相对介电常数为ε_r2的电介质以不同深度插入电容器中，从而改变两种介质的极板覆盖面积。传感器总电容量C为

式中 L₀，b₀——极板的长度和宽度；

L——第二种介质进入极板间的长度。

若电介质ε_r1=1，当L=0时，传感器初始电容C₀=ε₀b₀ε_r1L₀/d₀。当被测介质ε_r2进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为(https://www.xing528.com)

图4-8 电容式液位变换器结构原理图

图4-9 变介质型电容式传感器

可见，电容量的变化与电介质ε_r2的移动量L呈线性关系。

表4-1列出了常见的电介质材料的相对介电常数。

表4-1 电介质材料的相对介电常数

圆柱形位移电容式传感器，设内外电极长度为l，起始电容量为C₀，动极板向上位移y后，电容量变为C，则灵敏度为