电容式传感器是将被测参数的位移变化量转换成电容量变化量的一种测量 装置。它与电阻式传感器，电感式传感器相比具有以下几个优点：

（1）测量范围大。金属应变丝由于应变极限的限制 R / R 一般低于 1%，而 半导体应变片最大可以达到 20%，电容式传感器的相对变化量则可以超过 100%。

（2）灵敏度高。如果采用的是电容式位移传感器测得的电容值，其相对的 变化量可以达到很高。

（3）动态响应时间短。可动部分质量小是电容式传感器的一个特点，这也 就导致了会有一个很高的固有频率，适用于动态信号的测量。

（4）机械损失小。电容式传感器是一个理想的元器件，传感器的内部没有 摩擦的存在，电极间的吸引力也十分的微弱，他的自然的热效应很很小。因为这 三个因素，电容式传感器可以达到一个很高的精度要求。

（5）结构简单，适应性强。电容式传感器的制作通常采用能承受很大的温 度变化和强辐射作用的无机材料作为绝缘，（例如玻璃，石英，陶瓷等），用金 属材料制作电极。制造材料的近惰性，所以在非常恶劣的环境中仍然可以工作在 稳定状态[4]。

但是，电容传感器也存在以下的不足之处。

（1）寄生电容影响较大。寄生电容的存在不仅仅会降低测量的灵敏度，而 且寄生电容的存在会引起非线性的输出。甚至在某种情况下，会使得传感器处于 一种不稳定的工作状态。

（2） 其次，当电容传感器用变间隙原理进行测量时，两个极板间距会变化。 会具有非线性输出特性[5]。

电容式位移传感器虽然存在诸如输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大 等不足之处。上述不足直接的导致了其测量电路复杂的缺点。但是随着材料，工 艺，电子技术，特别是集成电路的告诉发展，电容式位移传感器的有点得到了充 分的发扬，而它所存在的易受干扰，分布电容，非线性等影响的缺点不断的的以 克服。电容式位移传感器成为一种大有前途的传感器。

图 1-1。电容式位移传感器 电容式位移传感器，是以电容器为敏感元件，将两极板间距的位移量转换为

电容量变化的传感器为电容式位移传感器。主要的体现是在变极板间距上。电容 式位移传感器是电容式传感器的一种[6]。

电容式位移传感器的表达式：

从这个式子我们可以知道，当被测物体发生位移时，传感器的电容量会相应 的发生改变，从而可以感知到被测物体位移量的变化。

若电容器极板间距离由初始值 d0 缩小 d ，电容量会随之增加 C 则有：

由这个式子可以知道，传感器的输出特性不是线性关系，而是一个非线性的 表达式。

在式子中，当

时则上式可以简化为：

此时的 C 和极板间距 d 呈现一个近似的线性关系。

这种两极板间距变化的电容传感器，我们常常需要一个设计以一种补偿结 构，以达到提高传感器灵敏度，扩大测量范围，和减少非线性误差的目的。所以 在硬件设计时就会用到差动式电容器和互感器电桥组合结构。这种结构对电容式 位移传感器传感器是一种行之有效的补偿方式。

在实际的应用当中，绝大多数的传感器由于其结构及其原理，输出特性曲线 都是非线性的。其系统的输入输出关系，特性曲线表达都是非线性的。但在实际 的工程应用中，对传感器的稳定性，准确度，工作条件等方面都有着较高的要求。 为了达到这个目的，我们需要运用各种方法对传感器进行非线性校正和补偿。所 以相应的，会在第二章逐步引入传感器校正的两种方式。