用（yòng）電測法測量非電（diàn）學量時，先必須將被測（cè）的非電學量轉換為電學（xué）量（liàng）而後輸入之。通常把非電學量變換成電學量的元件稱為（wéi）變換器；根據（jù）不同非電學量的特點設計成的有關轉換裝置稱為（wéi）傳感器，而被測的力學量（如（rú）位移、力、速度等（děng））轉換成電容（róng）變化（huà）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器中其中的一個參數發生變化的方法來（lái）實現信號變換的。根據改變電容器的參數不同，電容傳感器可有3類：
電容傳感器的原理及應用1. 改變板遮蓋麵積的電（diàn）容傳感器
圖（tú）1是（shì）3種這類傳感器的原理圖，圖1(a)中是利用角位移來改（gǎi）變電容器板遮蓋（gài）麵積。假定當2塊板完全遮蓋時的麵（miàn）積為S，兩板間的距離為d，板間介質的介電常數為ε。當忽略邊緣效應時（shí），該電（diàn）容器的電（diàn）容量為：

如果其中一塊板相對另一板轉過θ角，則板間的相互遮（zhē）蓋（gài）麵（miàn）積為：

可見，此電（diàn）容量的變化值和角位移成正比，以此（cǐ）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（de）遮蓋麵積的。如果初始狀況板全部遮蓋，則遮蓋麵積S＝ab，當2塊板相對位移x時，則板的遮蓋麵積變為S=b(a-x)。在介電常數和板（bǎn）距離不變時，電容量分別為：

可見，此電容量的變化值和線位移x成正比，用他（tā）來測量各類線位（wèi）移。
圖1(c)所示電容變換器是圖1(b)所示電容器的（de）變種。采用這種（zhǒng）鋸齒形電的目的在（zài）於提高傳感器的靈敏度（dù）。若鋸齒數為（wéi）n，尺寸如圖（tú）1(b)所（suǒ）示不變，當運動（dòng）齒相對於固定（dìng）齒移動一個位移x時（shí），則（zé）可得：

比較式（2）和式（3）可見，靈敏度提高了n倍。


電容（róng）傳（chuán）感（gǎn）器的原（yuán）理及應用2. 改（gǎi）變介質介電常數的電容傳感器
圖2是2種改（gǎi）變介質介電（diàn）常數（shù）的電容（róng）式傳感器的原理圖。圖（tú）2(a)常用來檢測液（yè）位的高度，圖2(b)常用來檢測（cè）片狀材料的厚度和介電常數。

圖2(a)中由圓（yuán）筒1和圓柱2構成電容器兩，假定部分浸入被測量液（yè）體中（液體應不能導電，若能導電，則電需作絕緣處理）。這樣，板間的介質由2部分組成（chéng）：空氣介質和液體介質，由此而形（xíng）成的電容式料位（wèi）傳感器，由於液體介質的液麵發生變化，從而導致電容器的電容C也發生變化。這種方法（fǎ）測量的精度很高，且不受（shòu）周圍環境的影（yǐng）響。總電容C由液體介質部分電容C和空氣介質部分電容（róng）C兩部分組（zǔ）成：

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

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

式中：S — 電容器的（de）遮蓋麵積；
 d — 被測物體上側至電之間的距離；
 d — 被測物體的厚（hòu）度；
 d — 被測物體下側至電（diàn）之間的距離；
 ε — 被測物體上側至電之間介質的介電常數；
 ε — 被測物（wù）體的介電常數；
 ε — 被測物體（tǐ）下側至電之間介質的介電常數（shù）。
由於d+d=d-d，且（qiě）當ε＝ε時，式（5）還可寫為（wéi）：

式中d — 兩板之間的距離。
顯然，在（zài）電容（róng）器板的遮蓋麵積（jī）S，兩板（bǎn）之間（jiān）的距離d，被測物體（tǐ）上下側至電之間介質的（de）介電常數ε和ε確定時，電容（róng）量的大小就和被測（cè）材料的厚度d及介（jiè）電常數ε有關。如被測材料介電常數ε已知，就可以測量等厚教材料的厚度d；或者被測材料的厚度d已（yǐ）知，就可測量其介電常數（shù）ε。這（zhè）就是電容式測厚儀（yí）和（hé）電容式介電常數（shù）測量儀的（de）工作原理。


電容傳感器的原理及應用3. 改變板（bǎn）間距離的電容傳感（gǎn）器
圖3是這類傳感器的（de）原理（lǐ）圖，圖3(a)由2塊板構成，其中板2為固定板，板1為與被測物體相（xiàng）連的活動板，可上下移（yí）動。當板間的遮蓋麵積為S，板間介質的（de）介（jiè）電常數為ε，初始（shǐ）板間距為d時，則初始電容C為：

當活動板（bǎn）1在被（bèi）測物體的作用下向固定板2位移Δd 時，此時電容C為：

當（dāng）電容器的活動板1移動小時，即Δd<<d時，上式按泰勒級數展開為：


這（zhè）時電容器的變化量ΔC才近似（sì）地和位移Δd成正比。其相（xiàng）對非線性誤差（chà）為：

顯然，這種單邊活動的電容傳感器隨著測量範圍的增大，相應的誤（wù）差（chà）也（yě）增大。在實（shí）際應用中，為了提高這類傳感器靈敏（mǐn）度、提高測量範圍和減（jiǎn）小非線性誤差，常做成差動式電（diàn）容器及互感器電橋組合結構，如圖3(b)所示。兩邊是固定的電板1和2，中間由彈簧（huáng）片支承的活動板3。2個（gè）固定板（bǎn）與互感器兩端及交流電源（yuán）U相連接，活動（dòng）板連接端子和互感器中間抽頭端子為傳感器的輸出端，該輸出端電壓ΔU隨著活動（dòng）板運動而變化（huà）。若活動板的初始（shǐ）位置（zhì）距2個固（gù）定板的距離均為d，則固定板1和活動（dòng）板3之間 ，固定2和活動板3之間的初（chū）始電容相等，若令其（qí）為C。當活動板3在被測物體作用下（xià）向固定板2移動Δd時，則位於中間的活動板到兩側的固定板的距（jù）離分別（bié）為：

由上述推導可知，活（huó）動板和2個固定板（bǎn）構成電容分別（bié）為：

當他們做成（chéng）差動式電容器及互感（gǎn）器（qì）電（diàn）橋組合（hé）結構時，其（qí）等效電容（róng）為：

雖（suī）然電容（róng）的變化量仍舊和位（wèi）移（yí）Δd成非線性關係，但是消除了級數中的偶次項，使線性得到改善。當時（在（zài）微小量檢測中，如線膨脹測量等，一般都能滿足這個條件），略（luè）去高次項，得：

比較式（9）和式（7）可見，靈敏度提高了1倍。
比較式（10）和式（8）可見，在時（shí），非線（xiàn）性誤（wù）差（chà）將大大下降。