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發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:73
電容式傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。電容式傳感器廣泛用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的精密測(cè)量,同時(shí)也應(yīng)用于測(cè)量壓力、差壓、液位、物位或成分含量等方面。其優(yōu)點(diǎn)有:功率小、阻抗高;靜電引力小、動(dòng)態(tài)特性良好;和電阻式傳感器相比,電容式傳感器本身發(fā)熱影響小;可進(jìn)行非接觸測(cè)量;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適應(yīng)性強(qiáng),可以在溫度變化比較大或具有各種輻射的惡劣環(huán)境中工作。缺點(diǎn)有:輸出具有非線性、寄生電容的影響往往降低傳感器的靈敏度。
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件,將被測(cè)物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置,實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動(dòng)、速度、壓力、成分分析、介質(zhì)特性等方面的測(cè)量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)
與電阻式、電感式等傳感器相比,電容式傳感器具有以下一些優(yōu)點(diǎn)。
1、溫度穩(wěn)定性好
電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān),僅取決于電極的幾何尺寸,且空氣等介質(zhì)損耗很小,其他因素影響甚微(因本身發(fā)熱極小)。而電阻式傳感器有電阻,工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量,不僅損失能量,而且造成元件發(fā)熱,縮短了使用壽命。
2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適應(yīng)性強(qiáng)
電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于制造,能在高低退、強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等各種惡劣的環(huán)境條件下工作,適應(yīng)能力強(qiáng),尤其可以承受很大的溫度變化,在高壓力、高沖擊、過載等悄況下都能正常工作,能測(cè)超大量的高壓和低壓差,能對(duì)帶進(jìn)工件進(jìn)行測(cè)量。此外,為實(shí)現(xiàn)某些特殊要求的測(cè)量還可以把傳感器的體積做得很小。
3、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好
電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小,需要的作用能量極小,又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄,即質(zhì)量很輕,因此其固有頻率很高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短,能在幾兆赫的頗率下工作,特別適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小,可以用較高頻率供電,因此系統(tǒng)工作頻率高,可用于測(cè)量高速變化的參數(shù),如測(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。
4、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量,具有平均效應(yīng)
當(dāng)被測(cè)件不允許接觸測(cè)量時(shí),電容式傳感器可以進(jìn)行非接觸測(cè)量。這種情況下,電容式傳感器具有平均效應(yīng),可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。
電容式傳感器除上述優(yōu)點(diǎn)之外,還因帶電極板間的靜電引力極小,因此所需輸入能量極小,特別適宜低能量輸入的測(cè)量,例如測(cè)量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很靈敏,分辨力非常高,能感受。0.Olmm甚至更小的位移。
電容式傳感器的缺點(diǎn)
1、輸出阻抗高,負(fù)載能力差
電容式傳感器的容盆受其電極幾何尺寸等限制一般做得不大(為幾十到幾百皮法,使傳感器的輸出阻抗很高。因此電容式傳感器負(fù)載能力差,易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)甚至無法工作,必須采取屏蔽措施。容杭大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高(幾十兆歐以上),否則絕緣部分將作為旁路電阻而形響傳感器的性能(如靈敏度降低),為此還要特別注意周圍環(huán)境(如溫濕度、清潔度等)對(duì)絕緣性能的影響。高頻供電雖然可降低傳感器的輸出阻抗,但放大、傳箱遠(yuǎn)比低頻時(shí)復(fù)雜,且寄生電容形響加大,難以保證工作穩(wěn)定。
2、寄生電容影響大
電容式傳感器的初始電容最很小,而其引線電纜電容、測(cè)量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等“寄生電容”卻較大,這不僅降低了傳感器的靈敏度,而且這些電容(如電纜電容)常常是隨機(jī)變化的,將使傳感器的工作很不穩(wěn)定,影響測(cè)量精度,其變化量甚至超過被測(cè)量引起的電容變化量,致使傳感器無法工作。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法等都有嚴(yán)格的要求。
3、輸出特性非線性
變極距型電容傳感器的輸出特性是非線性的,雖可采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)來改善,但不可能完全消除。其他類型的電容傳感器只有忽略了電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí),輸出特性才呈線性;否則邊緣效應(yīng)所產(chǎn)生的附加電容址將與傳感器電容址直接處加,使輸出特性非線性。
隨著材料、工藝、電子技術(shù),特別是集成電路的高速發(fā)展,電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)將得到發(fā)揚(yáng)而缺點(diǎn)會(huì)不斷得到克服,電容式傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高梢度,在動(dòng)態(tài)、低壓及一些特殊測(cè)量方面大有發(fā)展前途的傳感器。
電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種裝置,它本身就是一種可變電容器。電容式傳感器具有很有特點(diǎn),所以通常電容式傳感器往往廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量。電容式傳感器溫度穩(wěn)定性好,電容式傳感器的電容的電容值一般與電極材料無關(guān),有利于選擇溫度系數(shù)低的材料;又因?yàn)殡娙萜鞅旧淼膿p耗非常小,所以發(fā)熱很小;因此,傳感器具有良好的零點(diǎn)穩(wěn)定性,由于自身發(fā)熱而引起的零漂可以認(rèn)為是不存在的。
電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)。電容傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于制造.易于保證較高的精度;可以做的非常小巧。以實(shí)現(xiàn)某些特殊測(cè)量;出于不用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系材料和磁性材料,能承受很大的溫度變化和各種輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)作用,可以在惡劣環(huán)境中工作;也可以在許多各向同性電介質(zhì)液體中上作。
電容式傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。電容式傳感器極板間的靜電引力很小,有電磁學(xué)理論我們知道,當(dāng)帶電極板的電位不變時(shí),極板間的靜電引力可以直接得出結(jié)果。該傳感器還可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量,具有平均效應(yīng)。例如利用電容式傳感器非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的震動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí),電容式傳感器具有平均效應(yīng)。可以減少工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。
原標(biāo)題:電容式傳感器的特點(diǎn)有哪些?
1.溫度穩(wěn)定性好
電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān),僅取決于電極的幾何尺寸,且空氣等介質(zhì)損耗很小,因此只要從強(qiáng)度、溫度系數(shù)等機(jī)械特性考慮,合理選擇材料和結(jié)構(gòu)尺寸即可,其他因素(因本身發(fā)熱極小)影響甚微。而電阻式傳感器有電阻,供電后產(chǎn)生熱量;電感式傳感器存在銅損耗、磁游和渦流損耗等,引起本身發(fā)熱產(chǎn)生零漂。
2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)
電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于制造,易于保證高的精度,能在高溫、低溫、強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等各種惡劣的環(huán)境條件下工作,適應(yīng)能力強(qiáng)。尤其可以承受很大的溫度變化,在高壓力、高沖擊、過載情況下都能正常工作,能測(cè)量高壓和低壓差,也能對(duì)帶磁工件進(jìn)行測(cè)量。此外,傳感器可以做得體積很小,以便實(shí)現(xiàn)特殊要求的測(cè)量。
3.動(dòng)態(tài)響應(yīng)好
電容式傳感器除其固有頻率很高,即動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間很短外,又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電,因此系統(tǒng)工作頻率高。可用于測(cè)量高速度變化的參數(shù),如測(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。
4.可以實(shí)現(xiàn)非接觸瀏量,具有平均效應(yīng)
當(dāng)被測(cè)件不能允許采用接觸測(cè)量的情況下,電容式傳感器可以完成測(cè)量任務(wù)。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí),電容式傳感器具有平均效應(yīng),可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。
電容式傳感器除了上述優(yōu)點(diǎn)外,還因其帶電極板間的靜電引力很小,所需輸入力和輸入能量極小,因而可測(cè)極低的壓力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很靈敏,分辨率高,能敏感0.01 um、甚至更小的位移;由于其空氣等介質(zhì)損耗小,采用差分結(jié)構(gòu)并接成橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小,因此允許電路進(jìn)行高倍率放大,使儀器具有很高的靈敏度。
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