传感器探头设计

电容传感器探头设计

1.选材与加工

温度变化会使电容传感器各部分的几何尺寸和介电常数发生变化，而湿度也会影响某些介质的介电常数和绝缘电阻值，因此必须进行正确的选材以及采用精细的加工工艺，以减小环境温度,湿度等变化产生的影响，保证绝缘材料的绝缘性能。

一般的,电容传感器的金属电极选用温度系数低的铁镍合金或陶瓷等材料，也可在陶瓷或石英等非金属材料上喷镀金或银，传感器内电极应加以密封，以防尘防，传感器电极的支架应具有一定的机械强度和稳定性能，并要有较高的绝缘电阻，如石英、云母及陶瓷等。另外，传感器的电介质宜采用空气或云母等介电常数的温度系数近似为零的电介质。

2.消除减小边缘效应

边缘效应会影响电容传感器的灵敏度和线性度，必须尽量消除或减小，为了减小边缘效应，可以通过减小极间距来实现，使传感器的极板直径远大于极板间距，但这种方法容易产生击穿，而且会限制测量范围"目一前常用的消除边缘效应的方法是使用等位环技术。并且在测量过程中应尽量避免极板间的振动，以保证测量结果的正确性。

3.探头设计

在设计电容传感器探头时，首先需要考虑探头极板的形状，根据对平板电容电场边缘效应的研究，对四种面积相等而形状不同的平板电容缘效应进行比较，其从大到小的顺序为：正三角形、正方形、正六边形、圆形。因此可知圆形电极的极板边缘效应最小，故在本设计中使用圆形的探头结构。

等位环

图1容传感器探头平面结构图

图1为本设计的电容传感器探头平面结构图，探头表面由一个圆形测量极板和两个同心金属圆环组成。两个同心圆环分别为等位保护环和地屏蔽环，三部分通过绝缘层相隔。等位保护环利用了等位技术，使其与中心测量极板等电位，转移了边缘效应，保证了测量极板内的电势分布均匀。地屏蔽环利用了法拉第屏蔽原理，即如果导体笼内部存在电荷时，将导体接地，与地球相连接，成为一个大导体，则导体笼的表面所感应的电荷几乎不受内部电荷的影响，从而隔绝了内外电场之间的影响，避免外界的电磁干扰。

电容传感器的机械尺寸决定了薄膜测厚仪的分辨率及抗干扰特性。因此，在进行机械设计时，首先要选定传感器的基本参数：