用電測法測量非（fēi）電學量時，先必須將（jiāng）被測的非（fēi）電學量轉換為（wéi）電學量而後（hòu）輸入之。通常把非電學量變換成電學量（liàng）的元件稱為變換器；根據不同非電學量（liàng）的特點設計成的有關轉換裝置稱（chēng）為傳感器，而被測的力學量（liàng）（如位（wèi）移（yí）、力、速度等）轉換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。
電容傳感器的工作原理是利用力學量變化使電容（róng）器中（zhōng）其（qí）中的一個參（cān）數發生變化的（de）方法來實現信號變換的。根據改變電容器的參數不同，電容（róng）傳（chuán）感器可（kě）有（yǒu）3類：
電容傳感器的原理及應（yīng）用1. 改變板遮蓋麵積的電容傳感器
圖1是3種這（zhè）類傳感器（qì）的原理圖，圖1(a)中是利用角位移（yí）來改變電（diàn）容器板遮蓋（gài）麵積。假定當2塊板完全遮蓋時（shí）的麵積為S，兩板間的（de）距離為d，板間介（jiè）質的介電常數為ε。當忽略邊緣效應時，該電容器的電容量為：

如果其中一塊板相對另一板轉過θ角，則板間（jiān）的相互遮蓋麵積為：

可見（jiàn），此電容（róng）量的變化值和角位移（yí）成正比，以此用來測量角位移。
圖1(b)中是利用線位移來改變電容器板的遮蓋麵積的。如果初始狀況板全部遮（zhē）蓋（gài），則遮（zhē）蓋麵積S＝ab，當2塊板相（xiàng）對位移（yí）x時，則板的遮蓋麵積（jī）變為S=b(a-x)。在介電常數和板距離不變時，電容量分別為：

可見，此電容（róng）量的變化（huà）值和線位（wèi）移x成正比，用他來測量各（gè）類（lèi）線位移。
圖1(c)所示電容變換器（qì）是圖1(b)所示電容器的變種。采用（yòng）這種鋸齒形電（diàn）的（de）目的在於提高（gāo）傳感器的靈敏度。若鋸齒數為n，尺寸如圖1(b)所示不變（biàn），當運動齒相對於固（gù）定齒（chǐ）移動一個位移x時，則可得：

比較式（2）和式（3）可見，靈敏度提高了n倍。


電容傳感器的原理及應用2. 改（gǎi）變介質（zhì）介（jiè）電常數的電容傳感（gǎn）器
圖2是2種改變介質介電常數的電容式傳感器的原理圖。圖2(a)常用來（lái）檢測液位的高度，圖2(b)常用來檢測片狀材料的厚度（dù）和介電常數。

圖2(a)中由（yóu）圓筒1和圓柱2構成電容器（qì）兩，假（jiǎ）定部分浸入被測量液體中（液體應不能導電，若（ruò）能導電，則電需作絕緣（yuán）處理）。這樣，板間的介質由2部分組成：空氣介（jiè）質和液體介質，由此（cǐ）而形（xíng）成的電容式料位傳感器，由於（yú）液體介質的液麵發生變（biàn）化，從而導致電容器的（de）電容C也發生變化（huà）。這種方法測量的精度很高，且不受周圍環境的影響。總（zǒng）電容C由（yóu）液體介質（zhì）部分電容C和空氣介質部分電容C兩部分組成：

x — 電容器浸入液體中的深度；
R — 同心圓電的（de）外半徑（jìng）；
r — 同心圓電的內半徑（jìng）；
ε — 被測液體的介電常數（shù）；
ε — 空氣的（de）介電常數。
當（dāng）容器的（de）尺寸（cùn）和被測介質確定後（hòu），則h，R，r，ε和ε均為常數，令：

這說明，電容（róng）量C的大小與電容器浸入液體的深度x成正比。
圖2(b)是在一個固定電容器的板之間放入被測片狀材料（liào），則（zé）他的電容量為：

式（shì）中：S — 電容器（qì）的遮（zhē）蓋麵積（jī）；
 d — 被測物體上側至電之間的距離；
 d — 被測物體的厚度；
 d — 被測物體下側至電之間的距離；
 ε — 被測物體上側至電之間介質的介電常數；
 ε — 被（bèi）測物體的介電常數；
 ε — 被測物體下側至電之間介質的介電常數。
由於d+d=d-d，且當ε＝ε時，式（5）還可寫為（wéi）：

式中d — 兩板之間的距離。
顯然，在電容（róng）器板的（de）遮蓋麵（miàn）積S，兩（liǎng）板之間（jiān）的距離d，被（bèi）測物體上下側至電之間介質的介電常數ε和ε確定（dìng）時，電容量的大小就和被測材料的厚度d及介電常數ε有關。如被測材（cái）料介（jiè）電常數ε已知，就可以測量等厚教材料的厚度d；或者被測材（cái）料的厚度d已知，就（jiù）可測量其介（jiè）電常數ε。這就是電容（róng）式測厚儀和電（diàn）容式介電常數測量儀的工作原理。


電容傳感器的原理及應用3. 改變板間距離的電容傳（chuán）感器
圖3是這（zhè）類傳感器的原理圖，圖3(a)由2塊板構成，其（qí）中板2為固定板，板1為與被測物（wù）體相（xiàng）連的活動（dòng）板，可上下（xià）移動。當板間（jiān）的遮蓋（gài）麵積為S，板間（jiān）介質的介電常數為（wéi）ε，初始板間距為d時，則初始電容C為：

當（dāng）活動板1在（zài）被測物體的作用下向固定板2位（wèi）移Δd 時，此時電容C為：

當電容器的活動板1移動小（xiǎo）時，即Δd<<d時，上式按泰勒級數展開（kāi）為（wéi）：


這時電容器的變化（huà）量ΔC才近似（sì）地（dì）和位移Δd成正（zhèng）比。其相對非線性誤差為：

顯然，這種（zhǒng）單邊活動的電容傳感器隨著測（cè）量範圍的增大，相應的誤差也增大。在（zài）實際應用中，為了提高這類傳感器靈敏度、提高測量範圍和減小非線（xiàn）性誤差（chà），常做成差動式電（diàn）容器及互感器電橋（qiáo）組合（hé）結（jié）構，如圖3(b)所示。兩邊（biān）是固定（dìng）的電板1和2，中間由彈簧（huáng）片（piàn）支承的活動板3。2個（gè）固定板（bǎn）與互感器兩端及交流電源U相連接，活動板連接端子和互感器中間抽頭端子為傳感（gǎn）器的（de）輸出端，該輸（shū）出端電壓ΔU隨著活動板運動而變（biàn）化。若活動（dòng）板的初始位置距2個固定板的距離均為d，則固（gù）定板（bǎn）1和活動板3之間 ，固定2和（hé）活動板3之間的初始（shǐ）電容相等，若令其為C。當活動板3在被測物體作用下向固定板2移動Δd時，則位於中間的活（huó）動板（bǎn）到兩側的固定板的距離分別為：

由上述推導可知，活動板和（hé）2個固定板構（gòu）成電容分別為：

當他們做成（chéng）差（chà）動（dòng）式電（diàn）容器及互（hù）感器電（diàn）橋組合（hé）結（jié）構時，其等效電（diàn）容為：

雖然電容（róng）的變化量仍舊和位移Δd成非線性關（guān）係，但是消除（chú）了級數中的偶次項（xiàng），使線性（xìng）得到（dào）改善。當時（在微（wēi）小量檢測中，如線膨脹測（cè）量等，一般都能滿足（zú）這個（gè）條件），略去高次（cì）項，得：

比（bǐ）較式（9）和式（7）可見，靈敏（mǐn）度提高了1倍。
比較式（10）和式（8）可見，在時（shí），非線性誤（wù）差將大大下降（jiàng）。