電容式傳感器在大多數(shù)情況下,由于使用的環(huán)境溫度不是很高,濕度不是很大,若供電電源頻率較合適,設(shè)計合理,可以用一個純電容來等效。但是當(dāng)在供電電源頻率較低或者高溫、高濕的環(huán)境條件下使用的時候,傳感器電極問電路可以等效為圖8-12(a)所示的電路，圖中C是傳感器電容(包括應(yīng)該盡量消除和減小的寄生電容),Rp為電極間的等效漏電阻，包括電極絕緣支架的介質(zhì)損耗和極間的介質(zhì)損耗。隨著供電電源頻率增高,傳感器容抗減小,Rp的影響也就減弱。電源頻率高到幾兆赫效時,Rp可以忽略,但是電流集膚效應(yīng)使得電阻增加,必須考慮傳輸線(一般為電纜)的電感和電容。這時其等效電路可以用圖8-12(b)所示的電路表示。圖中考慮了電容器的損耗和電感效應(yīng),Rp為并聯(lián)損耗電阻,它代表極板間的泄漏電阻和介質(zhì)損耗。這些損耗在低頻時影響較大,隨著工作頻率的增高,容抗減小,其影響就減弱。
Rs代表串聯(lián)損耗,即引線電阻.電容器支架和極板的電阻。在幾兆赫茲頻率下工作時,這個值通常是很小的。Rs隨著頻率的增高而增大,因此,只有在很高工作頻率時,才要加以考慮。電感工由電容器本身的電感和外部引線電感組成。電容器本身的電感與電容器的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)系,引線電感則與引線長度有關(guān)系。如果用電纜與電容式傳感器相連接,則工中應(yīng)該包括電纜的電感。
由等效電路可知,等效電路有一個諧振頻率,通常為幾十兆赫茲。當(dāng)工作頻率等于或者接近諧振頻率時,諧振頻率破壞了電容的正常工作。因此,應(yīng)該選擇低于諧振頻率的工作頻率,否則電容式傳感器不能正常工作。同時,由于電路的感抗抵消了一部分容抗,傳感元件的有效電容Ce將有所增加,可以由下式求得(為了計算方便,忽略Rs,Rp)：
在這種情況下，電容的實際相對變化量為
式標(biāo)明，電容式傳感器的實際相對變化量與傳感器的固有電感和角頻率有關(guān)，因此，在實際應(yīng)用時必須與標(biāo)定的條件相通。
