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- 電容傳感器的原理
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/12/24
用電測法測量非電學(xué)量時,首先必須將被測的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入之。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱為變換器;根據(jù)不同非電學(xué)量的特點設(shè)計成的有關(guān)轉(zhuǎn)換裝置稱為傳感器,而被測的力學(xué)量(如位移、力、速度等)轉(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感器。
從能量轉(zhuǎn)換的角度而言,電容變換器為無源變換器,需要將所測的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。力學(xué)量中的線位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無不與長度有著密切聯(lián)系的量;這些量又都是通過長度或者長度比值進(jìn)行測量的量,而其測量方法的相互關(guān)系也很密切。另外,在有些條件下,這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢,而且變化范圍極小,如果要求測量極小距離或位移時要有較高的分辨率,其他傳感器很難做到實現(xiàn)高分辨率要求,在精密測量中所普遍使用的差動變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到1~5μm數(shù)量級;而有一種電容測微儀,他的分辨率為0.01μm,比前者提高了兩個數(shù)量級,最大量程為100±5μm,因此他在精密小位移測量中受到青睞。
對于上述這些力學(xué)量,尤其是緩慢變化或微小量的測量,一般來說采用電容式傳感器進(jìn)行檢測比較適宜,主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)點:
(1)測量范圍大其相對變化率可超過100%;
(2)靈敏度高如用比率變壓器電橋測量,相對變化量可達(dá)10-7數(shù)量級;
(3)動態(tài)響應(yīng)快因其可動質(zhì)量小,固有頻率高,高頻特性既適宜動態(tài)測量,也可靜態(tài)測量;
(4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料,極板間襯物多為無機(jī)材料,如空氣、玻璃、陶瓷、石英等;因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場、強(qiáng)幅射下長期工作,尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。
2原理及應(yīng)用
電容傳感器的工作原理是利用力學(xué)量變化使電容器中其中的一個參數(shù)發(fā)生變化的方法來實現(xiàn)信號變換的。根據(jù)改變電容器的參數(shù)不同,電容傳感器可有3類:
改變極板間距離的電容傳感器
改變介質(zhì)介電常數(shù)的電容傳感器
改變極板遮蓋面積的電容傳感器
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