线性位置反馈设备 - 也称为线性编码器 - 通常测量从几十毫米到几米的行程距离。但是当定位系统具有很短的旅行时 - 几毫米或更少的 - 传统的线性编码器通常太笨重或不提供所需的测量解析度。对于这些应用,电容传感器提供了一种紧凑的解决方案,可以测量纳米级分辨率的位置。
而不是刻度和读头,如典型的光学和磁性线性编码器,电容传感器通常由两个金属板制成介电或者在它们之间的绝缘层 - 作为平行板电容器称为平行板电容器的设计。
电容器是存储电能的装置,并且电容是电容器可以保持的充电量的量度。对于平行板电容器,电容取决于三个因素:板的重叠区域,允许它们之间的电介质(通常是空气),以及板之间的距离。
C =电容(法拉德斯, F)
ε=电介质的介电常数(f / m)
a =板之间的重叠区域(m2)
d =板之间的距离(m)
当将电压施加到平行板电容器时,正电荷累积在一个板上,并且相应的负电荷累积在另一个板上,在板之间产生电场。监视该字段的变化,表示电容的变化。
因为平板的电介质不改变,所以电容的任何变化都是由于几何形状的变化:板的重叠区域的变化或它们之间的距离的变化。重叠区域“a”的变化表示平面位移的变化(平板沿着平行平面彼此相对于彼此的移动)的变化,而距离“d”的变化表示轴向位移的变化。
在大多数应用中,一块板是固定的,另一个板连接到移动的物体上,并且板布置成使得它们的重叠区域不会改变。因此,电容的任何变化是板之间间距的变化的结果,并且表示移动物体已经行进的距离。
电容传感器 - 也称为电容位移传感器 - 是绝对位置测量装置,并且由于它们直接测量移动部件的位置,因此消除了线性和平面误差,从纳米中的分辨率提供了非常高的精度 - 或者病例,子纳米范围。它们使用的一个示例在光学检查设备中,其中测量的特征位于亚微米或纳米。这里,电容传感器用于确保部件和测量光学之间保持正确的距离。
因为它们可以测量小距离并且具有非常紧凑的尺寸,因此电容传感器通常用于微型和纳米定位基于WE的系统压电电机或者音圈致动器。然而,它们不适合潮湿或潮湿的环境,或者具有显着温度变化的人,因为水有不同的介电常数比空气,可以改变电容器的介电常数(ε)。