硬件型号：欧姆龙电容式接近传感器

系统版本：传感器系统

根据传感器的工作原理，电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三种。

1、变极距式电容传感器

以并联板电容器为例，上板为固定板，下板为动板。两个板之间的初始距离设为10。当距离d减小时，电容相应增大，电容的相对变化量为

可见，电容与位移的相对变化之间存在非线性关系。在允许误差范围内，省略高阶项可得到近似线性关系，即电容式传感器的静态灵敏度为。如果只考虑二次非线性项，忽略其他高阶项，则非线性误差可表示为：

非线性误差随极距的减小而增大，一般在d/d00.1范围内。因此，这种电容传感器只适用于小位移测量(0.01m ~ 1mm)。

为了提高灵敏度，减小非线性误差，克服电源电压、环境温度等外部条件的影响，在实际应用中经常采用差分电容传感器。差动电容的总电容变化为：

因此电容式传感器采用差动结构，在相同位移相对变化时，非线性误差大大减小，且灵敏度比单极距离电容式传感器高一倍。

2、变面积式电容传感器

以并联极板电容器为例，变面积电容传感器，当上极板移动时，两极板之间的相对覆盖面积发生变化，从而导致电容的变化。这种传感器可用于位移测量。根据应用要求，有平行板、圆柱板和锯齿板。这种传感器具有较好的线性特性。

当动板发生线位移时，对应的电容变化为，其中K为灵敏度，输出与输入成线性关系，灵敏度为常数。但平行板结构对极距的变化特别敏感，测量精度会受到影响，而圆柱结构受板径向变化的影响较小，因此成为实践中最常用的结构。当动柱体运动时，两柱体的重叠长度发生变化，电容变化如下：其中K为灵敏度。

3、可变介质电容传感器

可变介质电容传感器是将电容在两块极板之间插入不同的介质而导致电容发生变化，利用这一原理的传感器常用于测量液位(即电容式液位传感器)和材料厚度。

同轴圆柱形电容器的初始电容为。在测量时，电容器的介质一部分是被测液位的液体，一部分是空气。C1为液体高度为hx时形成的电容，C2为空气高度为h-hx时形成的电容。由于C1和C2可等效为两个并联电容器，故总电容为：

理论上，电容与液面呈线性关系。只要测量电容，就可以得到液位的高度。

另一种测量介电常数变化的电容式传感器结构与行板电容类似。当厚度未知但相对介电常数已知的介质通过板隙时，可以通过改变电容得到介质的厚度。