电容式传感器分为哪几种类型?各有什么特点?

文/ 发布于2018-04-24 浏览次数:5897

  这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S、d或ε 任意一个参数发生变化时,电容量也随之而变,从而完成 了由被测量到电容量的转换。

  根据当式中的三个参数中两个固定,一个可变,使得电容式传感器有三种基本类型:变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。

  因此常,的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度 制电路、运算放大器电路、二极管双 T 形交流电桥和环行二极管充放电法等调。电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分当,入量导致电容量发生变化时振,器的振荡频率就发生变化虽。可将频率作为测量系统的输出量用,判断被测非电量的大小但,时系统是非线性的不,校正因,必须加入鉴频器将,率的变化转换为电压振幅的变化经,放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来

  。调频电容传感器测量电路具有较高的灵敏度,以测量高至 001 μm级位移变化量。号的输出频率易于用数字仪器测量,与计算机通信,干扰能力强,以发送、接收以达到遥测遥控的目的。因此,实际应用中,采用差动式结构,使灵敏度提高 1 倍,使非线性误差大大降低,干扰能力增强。电容式传感器具有如下特点

  1) 结构简单,适应性强 电容式传感器结构简单,易于制造,精度高;可以做得很小,以实现某些特殊的测量,电容式传感器一般用金属作电极,以无机材料作绝缘支承,因此可工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中,能承受很大的温度变化,承受高压力、高冲击、过载等;能测超高压和低压差。

  2) 动态响应好 电容式传感器由于极板间的静电引力很小,需要的作用能量极小,可动部分可以做得小而薄,质量轻,因此固有频率高,动态响应时间短,能在几兆赫的频率下工作,特适合于动态测量;可以用较高频率供电,因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数,如振动等。

  3) 分辨率高 由于传感器的带电极板间的引力极小,需要输入能量低,所以特别适合于用来解决输入能量低的问题,如测量极小的压力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很灵敏,分辨力非常高,能感受0001μm 甚至更小的位移。

  4) 温度稳定性好 电容式传感器的电容值一般与电极材料无关,有利于选择温度系数低的材料,又由于本身发热极小,因此影响稳定性也极微小。

  5) 可实现非接触测量、具有平均效应 如回转轴的振动或偏心、小型滚珠轴承的径向间隙等,采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。

  不足之处是输出阻抗高,负载能力差,电容传感器的电容量受其电极几何尺寸等限制,一般为几十皮法到几百皮法,使传感器输出阻抗很高,尤其当采用音频范围内的交流电源时,输出阻抗更高,因此传感器负载能力差,易受外界干扰影响而产生不稳定现象;寄生电容影响大,电容式传感器的初始电容量很小,而传感器的引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大,降低了传感器的灵敏度,破坏了稳定性,影响测量精度,因此对电缆的选择、安装、接法都要有要求。

  电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅(测至 005μm的微小振幅),尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量,还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。

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