电容式传感器的运用
电容式传感器具有结构简略、耐高温、耐辐射、分辨率高、动态呼应特性好等长处,广泛用于压力、位移、加速度、厚度、振动、液位等丈量中。但在运用中要留意以下几个方面临丈量成果的影响:①减小环境温度、湿度改动(或许引起某些介质的介电常数或极板的几许尺度、相对方位发生改动);②减小边际效应;③削减寄生电容;④运用屏蔽电极并接地(对灵敏电极的电场起维护效果,与外电场阻隔);⑤留意漏电阻、鼓励频率和极板支架资料的绝缘性。
电容式传感器运用中的留意事项
(1)战胜寄生电容的影响
电容式传感器因为受结构与尺度的约束,其电容量都很小(pF到几十pF),归于小功率、高阻抗器材,因而极易外界搅扰,尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的搅扰,它与传感器电容相并联,严重影响感器的输出特性,甚至会吞没有用信号而不能运用。消除寄生电容影响,是电容式传感器有用的要害。
(2)战胜边际效应的影响
实践受骗极板厚度h与极距δ之比相对较大时,边际效
应的影响就不能疏忽;边际效应不只使电容传感器的灵敏度下降,并且发生非线性。
(3)战胜静电引力的影响
电容式传感器两极板间因存在静电场,而效果有静电引力或力矩。静电引力的巨细与极板间的作业电压、介电常数、极间间隔有关。一般这种静电引力很小,但在选用推动力很小的弹性灵敏元件情况下,须考虑因静电引力形成的丈量差错。
(4)温度影响
环境温度的改动将改动电容传感器的输出相对被测输入量的单值函数联系,然后引进温度搅扰差错。温度影响首要包含温度对结构尺度和对介质的影响两方面。
电容式传感器的丈量转化电路
现在较常选用的有电桥电路、调频电路、脉冲调宽电路和运算扩大器式电路等,这儿只介绍电桥电路和运算扩大器电路。
一、 电桥电路
将电容传感器接入沟通电桥作为电桥的一个或两个相邻臂,别的两臂可所以电阻、电容或电感,也可所以变压器的两个次级线圈,如图1所示。
在图1a单臂接法电桥电路中,电容c1、c2、c3、cx构成电桥的四臂,cx为电容传感器,当cx改动时,u0≠0,有输出电压。
在图1 b差动接法电桥电路中,其输出电压可用下式表明:
因为电桥输出电压与电压成份额,因而要求电源电压动摇极小,需求选用稳幅、稳频等办法。因而,在实践运用中,接有电容传感器的沟通电桥输出阻抗很高(一般达几兆欧至几十兆欧),输出电压幅值又小,所以有必要后接高输入阻抗扩大器将信号扩大后才干丈量。
由电桥电路组成的体系原理框图如图2所示。
二、调频电路
将电容传感器接入高频振动器的lc谐振回路中,作为回路的一部分。当被丈量改动使传感器电容改动时,振动器的振动频率随之改动,即振动器频率受传感器电容所调制。其电路组成原理框图如图3所示。
特色:
转化电路生成频率信号,可远间隔传输不受搅扰。
具有较高的灵敏度,能够丈量高至0.01μm级位移改动量。
但非线性较差,可通过鉴频器(频压转化)转化为电压信号后,进行补偿。
三、运算扩大器式电路
将电容传感器接入开环扩大倍数为a的运算扩大电路中,作为电路的反应组件,如图4所示。图中u是沟通电源电压,c是固定电容,cx是传感器电容,uo是输出信号电压。