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Name : 鍾啟鵬
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電容式傳(chuan) 感器是以各種類型的電容器作為(wei) 傳(chuan) 感元件,將被測物理量或機械量轉換成為(wei) 電容量變化的一種轉換裝置,實際上就是一個(ge) 具有可變參數的電容器。電容式傳(chuan) 感器廣泛用於(yu) 位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方麵的測量。較常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
70年代末以來,隨著集成電路技術的發展,出現了與(yu) 微型測量儀(yi) 表封裝在一起的電容式傳(chuan) 感器。這種新型的傳(chuan) 感器能使分布電容的影響大為(wei) 減小,使其固有的缺點得到克服。電容式傳(chuan) 感器是一種用途極廣,很有發展潛力的傳(chuan) 感器。
典型的電容式傳(chuan) 感器由上下電極、絕緣體(ti) 和襯底構成。當薄膜受壓力作用時,薄膜會(hui) 發生一定的變形,因此,上下電極之間的距離發生一定的變化,從(cong) 而使電容發生變化。但電容式壓力傳(chuan) 感器的電容與(yu) 上下電極之間的距離的關(guan) 係是非線性關(guan) 係,因此,要用具有補償(chang) 功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償(chang) 。
電容式傳(chuan) 感器也常常被人們(men) 稱為(wei) 電容式物位計,電容式物位計的電容檢測元件是根據圓筒形電容器原理進行工作的,電容器由兩(liang) 個(ge) 絕緣的同軸圓柱極板內(nei) 電極和外電極組成,在兩(liang) 筒之間充以介電常數為(wei) ε的電解質時,兩(liang) 圓筒間的電容量為(wei)
式中L為(wei) 兩(liang) 筒相互重合部分的長度;D為(wei) 外筒電極的直徑;d為(wei) 內(nei) 筒電極的直徑;e為(wei) 中間介質的電介常數。在實際測量中D、d、e是基本不變的,故測得C即可知道液位的高低,這也是電容式傳(chuan) 感器具有使用方便,結構簡單和靈敏度高,價(jia) 格便宜等特點的原因之一。
電容式傳(chuan) 感器是以各種類型的電容器作為(wei) 傳(chuan) 感元件,由於(yu) 被測量變化將導致電容器電容量變化,通過測量電路,可把電容量的變化轉換為(wei) 電信號輸出。測知電信號的大小,可判斷被測量的大小。這就是電容式傳(chuan) 感器的基本工作原理。
根據傳(chuan) 感器的工作原理可把電容式傳(chuan) 感器分為(wei) 變極距型、變麵積型和變介質型三種類型。
根據傳(chuan) 感器的結構可把電容式傳(chuan) 感器分為(wei) 三種類型的結構形式。它們(men) 又可按位移的形式分為(wei) 線位移和角位移兩(liang) 種,每一種又依據傳(chuan) 感器極板形狀分成平(圓形)板形和圓柱(圓筒)形,雖然還有球麵形和鋸齒形等其他形狀,但一般很少用。其中差動式一般優(you) 於(yu) 單組(單邊)式傳(chuan) 感器,它具有靈敏度高、線性範圍寬、穩定性高等特點。
編輯
1)溫度穩定性好
電容式傳(chuan) 感器的電容值一般與(yu) 電極材料無關(guan) ,這有利於(yu) 選擇溫度係數低的材料,又因本身發熱極小,影響穩定性甚微。而電阻傳(chuan) 感器有銅損,易發熱產(chan) 生零漂。
2)結構簡單
電容式傳(chuan) 感器結構簡單,易於(yu) 製造和保證高的精度,可以做得非常小巧,以實現某些特殊的測量;能工作在高溫,強輻射及強磁場等惡劣的環境中,可以承受很大的溫度變化,承受高壓力,高衝(chong) 擊,過載等;能測量超高溫和低壓差,也能對帶磁工作進行測量。
3)動態響應好
電容式傳(chuan) 感器由於(yu) 帶電極板間的靜電引力很小(約幾個(ge) 10^(-5)N),需要的作用能量極小,又由於(yu) 它的可動部分可以做得很小很薄,即質量很輕,因此其固有頻率很高,動態響應時間短,能在幾兆赫茲(zi) 的頻率下工作,特別適用於(yu) 動態測量。又由於(yu) 其介質損耗小可以用較高頻率供電,因此係統工作頻率高。它可用於(yu) 測量高速變化的參數。
4)可以非接觸測量且靈敏度高
可非接觸測量回轉軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時,電容式傳(chuan) 感器具有平均效應,可以減小工件表麵粗糙度等對測量的影響。
電容式傳(chuan) 感器除了上述的優(you) 點外,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,分辨力高,能感應0.01μm甚至更小的位移。由於(yu) 其空氣等介質損耗小,采用差動結構並接成電橋式時產(chan) 生的零殘極小,因此允許電路進行高倍率放大,使儀(yi) 器具有很高的靈敏度。
編輯
①輸出阻抗高,負載能力差。
無論何種類型的電容式傳(chuan) 感器,受電極板幾何尺寸的限製,其電容量都很小,一般為(wei) 幾十到幾百皮法(pF),因此使電容式傳(chuan) 感器的輸出阻抗很高,可達
~
Ω。由於(yu) 輸出阻抗很高,因而輸出功率小,負載能力差,易受外界幹擾影響而產(chan) 生不穩定現象,嚴(yan) 重時甚至無法工作。
②寄生電容影響大。
電容式傳(chuan) 感器的初始電容量很小,而連接傳(chuan) 感器和電子線路的引線電纜電容、電子線路的雜散電容以及電容極板與(yu) 周圍導體(ti) 構成的電容等寄生電容卻較大。寄生電容的存在不但降低了測量靈敏度,而且引起非線性輸出。由於(yu) 寄生電容是隨機變化的.因而使傳(chuan) 感器處於(yu) 不穩定的工作狀態.影響測量準確度。
編輯
電容式傳(chuan) 感器具有結構簡單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動態響應特性好等優(you) 點,廣泛用於(yu) 壓力、位移、加速度、厚度、振動、液位等測量中。但在使用中要注意以下幾個(ge) 方麵對測量結果的影響:①減小環境溫度、濕度變化(可能引起某些介質的介電常數或極板的幾何尺寸、相對位置發生變化);②減小邊緣效應;③減少寄生電容;④使用屏蔽電極並接地(對敏感電極的電場起保護作用,與(yu) 外電場隔離);⑤注意漏電阻、激勵頻率和極板支架材料的絕緣性。
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