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電容傳感器

電容傳感器從能量轉換的角度而言,電容變換器為無源變換器,需要將所測的力學量轉換成電壓或電流后進行放大和處理。力學量中的線位移、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系的量;這些量又都是通過長度或者長度比值進行測量的量,而其測量方法的相互關系也很密切。另外,在有些條件下,這些力學量變化相當緩慢,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到1~5 μm數量級;而有一種電容測微儀,他的分辨率為0.01 μm,比前者提高了兩個數量級,最大量程為100±5 μm,因此他在精密小位移測量中受到青睞。
電容傳感器

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特點

電容傳感器有如下一些特點:
①結構簡單;
②動作時需要能量低,由于帶電極板間靜電吸引力很小(約幾個 N),因此電容傳感器特別適宜用來解決輸入能量低的測量問題;
③動態特性好,電容傳感器的相對變化量只受線性和其它實際條件的限制,如果使用高線性電路時,電容變化量可達100%或更大;
④自然效應小;
⑤動態響應快以及能在惡劣的環境下工作。但由于電容傳感器的初始電容較小,受引線電容、寄生電容的干擾影響較大;另一方面電容傳感器輸出特性為非線性。

應用

電容傳感器可以直接測量的非電量為:直線位移、角位移及介質的幾何尺寸(或稱物位),直線位移及角位移可以是靜態的,也可以是動態的,例如是直線振動及角振動。用于上述三類非電參數變換測量的變換器一般說來原理比較簡單,無需再作任何預變換。
用來測量金屬表面狀況、距離尺寸、振幅等量的傳感器,往往采用單極式變間隙電容傳感器,使用時常將被測物作為傳感器的一個極板,而另一個電極板在傳感器內。近年來已采用這種方法測量油膜等物質的厚度。這類傳感器的動態范圍均比較小,約為十分之幾毫米左右,而靈敏度則在很大程度上取決于選材、結構的合理性及寄生參數影響的消除。精度達到0.1μm,分辨力為0.025μm。可以實現非接觸測量,它加給被測對象的力極小,可忽略不計。
測物位的傳感器多數是采用電容式傳感器作轉換元件。電容式傳感器還可用于測量原油中含水量、糧食中的含水量等。
當電容傳感器用于測量其他物理量時,必須進行預變換,將被測參數轉換成d,S或ε的變化。例如在測量壓力時,要用彈性元件先將壓力轉換成d的變化。

改善方法

為了提高電容傳感器的靈敏度、減小界干擾、寄生電容及漏電的影響和減小線性誤差,可采用以下措施:
①由于當d減小時可使電容量加大從而使靈敏度增加,但d過小容易引起電容器擊穿,一般可以在極板間放置云母片來改善;
②提高電源頻率;
③用雙層屏蔽線,將電路同電容傳感器裝在一個殼體中,可以減小寄生電容及外界干擾的影響。

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