什么是電容式傳感器？其工作原理是怎樣的？

來源：IC先生

多年來，一種簡單的電容傳感器已經在商業上可用，用于檢測非金屬物體，盡管它們僅限于短距離，通常低于 1 厘米。通常，電容傳感器是一種接近傳感器，用于通過傳感器形成的電場效應來檢測附近的物體。這些類型的傳感器與雷達有一些相似之處，它們能夠感知導電材料，同時通過塑料或木材等絕緣材料進行觀察。

與雷達相比，差異顯著。電容式傳感器更小、更簡單、更便宜且功耗更低。因此，本文簡要介紹了電容式傳感器及其與應用程序的工作原理。

什么是電容傳感器？
用于在沒有任何物理接觸的情況下檢測液體或固體等目標的電子設備稱為電容傳感器。為了檢測這些目標，電容傳感器會從傳感器的檢測端產生一個電場。任何可以中斷該電場的目標都可以通過該傳感器檢測到。
電容傳感器可以檢測的固體材料有紙、塑料、玻璃、布和木頭。電容傳感器可檢測的液體有油、油漆、水等。

電容式傳感器工作原理
電容傳感器的工作原理與普通電容器一樣。在該傳感器中，傳感面內的金屬板與振蕩器電路電連接，被檢測的目標可以充當電容器的下一個板。與產生電磁場的感應式傳感器
不同，電容式傳感器產生靜電場。

靜電場產生

電容傳感器的框圖如下所示。內部電容圖如上圖所示。該傳感器包括一個高頻振蕩器，其傳感表面通過兩個金屬電極形成。一旦物體靠近感應表面，它就會移動到電極的靜電場中并改變振蕩器的電容。

因此，一旦達到一定幅度，振蕩器電路將開始振蕩并改變傳感器的輸出條件。一旦目標遠離電容傳感器，振蕩器的振幅就會減小，從而將電容傳感器切換回其原始位置。
該傳感器的典型檢測范圍約為 1 英寸或 25 毫米，而某些傳感器的范圍可擴展到 2 英寸。

這些傳感器可以簡單地檢測物體的優異介電常數。因此，這使得檢測非金屬容器內的材料成為可能，因為與容器相比，液體的介電常數要高得多。因此，這為傳感器提供了觀察整個容器并檢測液體的能力。為了更好的操作，它們必須在溫度和濕度相當恒定的情況下使用。

電容式傳感器公式

電容傳感器是一種用于電容傳感的器件。它主要基于電容耦合原理。該傳感器可以簡單地檢測和測量不同的事物，如運動、化學成分、位移、電場，并間接檢測許多其他變量，這些變量可以轉化為介電常數或運動，如加速度、壓力、流體成分和液位。
電容傳感器包括兩個金屬板，它們之間的距離為“d”，面積為“A”。因此，兩個端子之間的電容“C”可以通過以下表達式給出。

C = ε0*εr*A/h

其中：

“C”是法拉第內的電容

'εr' 是絕緣體的相對介電常數

'εo' 是自由空間的介電常數

'A' 是兩個板塊的重疊區域

“h”是兩塊板之間間隙的寬度。

電容式傳感器的類型
電容式傳感器提供非接觸式目標檢測。這些傳感器不僅可以檢測目標的存在與否；但是，它們還可以檢測壓力、流量、間距、液位等。這可以簡單地針對不同行業的不同材料進行。有不同類型的電容傳感器，包括以下內容。

微型電容式傳感器

這種類型的電容傳感器有晶片或圓柱形，可以放置在最緊湊的地方。這些傳感器主要用于監控和控制機器過程和工作，就像用于作業計數的探測器一樣。為了在狹小的空間內提供最出色的貼合性，小型傳感器頭需要一個外部放大器。所以在這個外部放大器上，電位器可以用來調節靈敏度。

圓柱形電容式傳感器

與 ∅6.5 – M12 & M12 – M30 的微型傳感器相比，這種圓柱形電容傳感器更大。該傳感器主要包括可調節的感應距離、外殼直徑范圍以及齊平和非齊平安裝選項。這些傳感器主要直接提供液位檢測或非接觸式接近檢測，否則整個容器壁。

高溫電容式傳感器

高溫電容式傳感器用于傳感器頭暴露在極端溫度下的情況。即使在最惡劣的情況下，這些傳感器仍然可以通過熱材料和溫度直接接觸來檢測液體溫度水平和散裝貨物。

模擬電容傳感器

模擬電容式傳感器的工作原理與典型的電容式傳感器類似，但根據使用方式的不同，它具有不同的優勢。例如，與其他用途相比，這些傳感器在材料選擇、厚度和濃度差異監測方面非常出色。        

電容式傳感器主要應用

電容式傳感器檢測和測量除空氣外具有電介質的導電物體。
這些傳感器最常用于確定導電目標位置的變化。然而，這些類型的傳感器在測量密度、存在、厚度和非導體位置方面也非常有效。與空氣相比，塑料等非導電材料具有不同的介電常數。
電容式傳感器用于檢測或測量位置、接近度、加速度、位移、液位和濕度。
作為輸入設備，電容感應觸摸屏用于手機、平板電腦、數字音頻播放器等
這些傳感器取代了機械按鈕。
總之，電容式傳感器經常用于測量導電目標位置內的變化。然而，這些在測量密度、厚度和非導體位置時可能非常有效。