今天來說另一種傳感器——電容式傳感器。顧名思義提岔,就是將被測物測變化(非電量)轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器仙蛉。
1、優(yōu)勢
電容式傳感器相比之前講到的電阻等傳感器碱蒙,有如下優(yōu)勢:
所需輸入能量極小荠瘪,所以特別適宜用來解決輸入能量低的測量問題。例如測量極低的壓力赛惩、力和很小的加速度哀墓、位移等,可以做得很靈敏喷兼,分辨力非常髙篮绰,能感受0.001μm甚至更小的位移;
溫度穩(wěn)定性好季惯。傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)吠各,有利于選擇溫度系數(shù)低的材料, 又因本身發(fā)熱極小勉抓,對穩(wěn)定性影響甚微贾漏;
結(jié)構(gòu)簡單,易于制造藕筋,可以做到非常凶萆ⅰ;
可以在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動等惡劣條件下工作困食;
可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量,不用再跟電阻傳感器一樣粘貼在被測件上翎承,可以減小工作表面粗糙 等對測量的影響硕盹。
2、原理與分類
把電容傳感器簡化后叨咖,其實(shí)就是兩塊極板+電容極板間的介質(zhì)瘩例。我們可以先看看電容量(C)的公式:
C=εA/d
ε:電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù);
A:兩平行板正對面積甸各;
d:兩平行板間的距離
上述三個值的變化都會引起電容的變化垛贤,因此根據(jù)三個不同因素的變化,電容傳感器分成了三種:
變介電常數(shù)型:根據(jù)介電常數(shù)(ε)的變化來觀測到電容變化趣倾,進(jìn)一步檢測被測體數(shù)值的傳感器聘惦;
變面積型:通過改變兩平行板正對面積(A)來檢測被測物的傳感器;
變極距型:通過改變兩平行板間距離(d)來進(jìn)行檢測的傳感器儒恋。
3善绎、應(yīng)用場景
在工程應(yīng)用中,這三類傳感器一般測試比如力诫尽、加速度禀酱、液位、位移牧嫉、厚度剂跟、不同種類物質(zhì)的鑒別、轉(zhuǎn)角等范圍酣藻。
比如:
電容式加速度傳感器的加速度測定時(shí)曹洽,利用被測體加速導(dǎo)致極板間隙發(fā)生變化完成檢測;電容測厚傳感器則是將極板布置在板材兩側(cè)臊恋,極板的厚度產(chǎn)生變化衣洁,電容也會相應(yīng)改變。
其中抖仅,極距變化型因?yàn)闃O板間距離25-200um范圍間坊夫,而最大的位移應(yīng)小于間距的1/10,測試過程中動態(tài)特性好撤卢,靈敏度和精度較高(精度可達(dá)納米級)环凿,所以極距變化型傳感器在微位移測量中應(yīng)用最廣。除微小線位移外放吩,還可測量由于力智听、壓力、振動等引起的極距變化。
變面積型傳感器則是一般用來測量角位移或較大的線位移到推;
變介電常數(shù)型傳感器可用來鑒別材質(zhì)考赛,也可對介質(zhì)的溫度、密度莉测、濕度進(jìn)行測定颜骤。
4、其他
在實(shí)際檢測中捣卤,電容式傳感器中電容值以及電容變化值都十分微小忍抽,小到還不能直接被儀表顯示,也很難被記錄接收董朝。因此這時(shí)候還是需要專用的測量電路來檢出這一微小增量鸠项,并且將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率等子姜。至于測量電路總共有好幾種祟绊,這里就不一一展開了。