微专题05：电容器在传感器中的应用 讲义 - 2026届高考物理一轮复习备考

微专题5：电容器在传感器中的应用

 

【理论基础】

其核心原理是： 电容公式：C=；其中，ε为电介质介电常数，S 为极板正对面积，d为极板间距。通过改变这三个参数中的任意一个，即可改变电容值，从而实现对物理量的测量。

一、电容式传感器的种类及原理

1. 变间距式（变极距式）

原理：改变两极板间的距离 d，电容 C 随之变化，C∝

应用：测量微小位移、压力、振动（如话筒中的振膜）。

特点：灵敏度高，但非线性关系（需电路补偿）。

2. 变面积式

原理：改变极板的正对面积 S，电容 C 随之变化。C∝S

常见结构：

平行极板相对滑动（如角度传感器）。

旋转式（如电容式转速传感器）。

应用：测量较大位移、角度或转速（线性关系较好）。

3. 变介电常数式

原理：改变极板间电介质的介电常数 ε，电容 C 变化。C∝ε

实现方式：

插入不同介质（如测量液位高度、湿度）。

介质成分变化（如检测油品纯度、谷物含水量）。

应用：液位计、湿度传感器、成分分析仪。

 

【典型应用实例】

一．电容式话筒

声波使振膜（可动极板）振动，改变与固定极板的间距 d，导致电容变化，转化

为电信号。

【例1】(单选)图示5为某电容传声器结构示意图，当人对着传声器讲话，膜片会振动。若某次膜片振动时，膜片与极板距离减小，则在此过程中(　　)

A.膜片与极板间的电容减小

B.极板所带电量减小

C.膜片与极板间的电场强度增大

D.电阻R中有向上的电流

 

二.触摸屏（电容式）

手指接触屏幕时，改变局部电场分布，等效于介电常数变化，从而检测触摸位置。

【例2】．（多选）计算机键盘每个键下都连有一块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片，这组金属片组成一个可变的平行板电容器，如图所示。当键被按下，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测到这个键被按下，从而给出相应的信号。已知金属片的正对面积为50mm2，键未被按下时两金属片的距离为0.6mm，当键被按下时两金属片的距离为0.3mm，假设金属片的正对面积及两端的电压始终保持不变，则（　　）

A．金属片间的场强保持不变 

B．金属片间的场强变为原来的两倍 

C．金属片上的电荷量变为原来的一半 

D．金属片上的电荷量变为原来的两倍

三.液位传感器

液体高度变化导致介电常数 ε 改变，电容值随之变化。

 

【例3】．电容式传感器可以将非电学量的微小变化转换成电容变化。如图是一种利用电容式传感器测量油箱中油量的装置。当开关S闭合后，油量减少时（　　）

A．电容器的电容增大 

B．电容器的带电量减小 

C．电流向上经过G表 

D．G表示数为零时，油箱中油量为零

四.加速度传感器

质量块受加速度作用移动，改变极板间距 d，通过电容变化测量加速度。

 

【例4】.(多选)通过手机内电容式加速度传感器可以实现运动步数的测量，传感器原理如图7所示，电容器的M极板固定，当手机的加速度变化时，与弹簧相连的N极板只能按图中标识的“前后”方向运动，图中R为定值电阻。下列对传感器描述正确的是(　　)

图7

A.静止时，电流表示数为零，电容器M极板带负电