等位环

边缘效应的来源

平行板电容器的理想公式
$C=\frac{\epsilon A}{d}$
中，$\epsilon$ 为极板间介质的介电常数（单位 F/m），$A$ 为极板正对面积（单位 m²），$d$ 为极距（单位 m）。该式成立的前提是极板间电场完全均匀、电力线垂直于极板。实际极板尺寸有限，极板边缘处的电力线向外弯曲，形成所谓边缘电场。边缘电场使实际电容大于理想值，且随极距变化而改变，因此引入非线性并降低灵敏度。

电场分区

带等位环的平板电容传感器中，两电极之间的电场可分为两个区域：

• 均匀区：位于电极正对的中部，电力线垂直于极板，电场近似均匀，电容与 $d$ 的关系接近理想公式。
• 边缘区：位于电极边缘附近，电力线弯曲外泄，电场不均匀，是边缘效应的来源。

等位环的作用

等位环是围绕测量电极设置的环形电极，通常与测量电极保持等电位。它把测量电极边缘的电场向外延伸，使电极正对区域内的电场保持均匀，把弯曲的边缘电场转移到等位环外缘。这样，测量电极间的有效电场更接近理想均匀场，边缘效应被抑制。

减小极距的作用与限制

减小极距 $d$ 可使电极直径或边长与 $d$ 之比增大，边缘区占整个电场的比例下降，边缘效应相对减弱。但 $d$ 过小会带来两个问题：

• 极板间电场强度 $E=U\mathrm{/}d$ 增大，当超过介质击穿场强时发生击穿；
• 击穿风险限制了可施加的激励电压，从而限制测量范围。

因此极距不能无限减小，需在抑制边缘效应与避免击穿之间折中。

适用范围

等位环用于平板型电容传感器，尤其是变极距型。它抑制的是边缘效应引起的非线性与灵敏度下降；边缘效应引起的非线性与变极距型传感器原理上的非线性方向相反，在一定程度上起补偿作用，但等位环消除边缘效应后，这种补偿也随之消失，灵敏度可能下降。