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70年代末以來,隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小,使其固有的缺點(diǎn)得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣,很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?/P>

典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構(gòu)成。當(dāng)薄膜受壓力作用時(shí),薄膜會(huì)發(fā)生一定的變形,因此,上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化,從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關(guān)系是非線性關(guān)系,因此,要用具有補(bǔ)償功能的測量電路對輸出電容進(jìn)行非線性補(bǔ)償。

1、變極距型電容傳感器(d)

2、變面積型電容傳感器(A)

3、變介質(zhì)型電容傳感器(ε)

變極距型電容傳感器

變面積型電容傳感器

變電介質(zhì)型電容式傳感器

變介質(zhì)型電容式傳感器

非線性

電容傳感器

目的:

提高靈敏度

減小非線性誤差

2、FWS-CⅡ型在線電容式水分檢測傳感器。在線檢測各種工作機(jī)械的液壓、潤滑系統(tǒng)介質(zhì)的含水率,特別是外部水容易滲入機(jī)械內(nèi)部的軋鋼機(jī)、造紙機(jī)、汽輪 機(jī)、船舶機(jī)械。 監(jiān)視循環(huán)油系統(tǒng)是否存在泄漏,如水冷卻器等。 監(jiān)視工作機(jī)械的密封元件是否損壞,引起外部水滲入。 監(jiān)視環(huán)境空氣濕度對潤滑液壓系統(tǒng)油品品質(zhì)和含水率的影響。,從而精確測定潤滑油質(zhì)量,預(yù)測設(shè)備故障,是設(shè)備潤滑油管理中的關(guān)鍵部件。本傳感器采用螺紋連接,體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)可靠,測量精度高,工作穩(wěn)定,具有較強(qiáng)的抗電磁干擾性能。封閉型不銹鋼制外殼具有很好的防水防塵性能。可直接安裝于工廠現(xiàn)場液壓潤滑管道上。是理想的在線水分檢測傳感器。

該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連,在線、連續(xù)、實(shí)時(shí)的檢測各種低水分油品的含水率。直接顯示,遠(yuǎn)程控制和報(bào)警。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ),積算、傳輸和控制功能。普遍應(yīng)用于大中型機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)組的液壓、潤滑循環(huán)系統(tǒng) 例如:高線軋機(jī)和板帶軋機(jī)潤滑油系統(tǒng)、板帶軋機(jī)和棒線軋機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組潤滑系統(tǒng)、造紙機(jī)組潤滑系統(tǒng)、船舶機(jī)械潤滑系統(tǒng)、燃料油庫。粘度計(jì),污染度,濕度計(jì)電容式傳感器

3、 FW-C1型電容式潤滑油實(shí)時(shí)在線監(jiān)測傳感器。本傳感器可以在線準(zhǔn)確測定潤滑油的污染程度,包括氧化程度、含水量和其它機(jī)械化學(xué)雜質(zhì)污染度,從而精確測定潤滑油質(zhì)量,判定是否需要更換潤滑油,即可節(jié)約油料,又能預(yù)測設(shè)備故障,是設(shè)備潤滑油管理中改變傳統(tǒng)的按期換油,實(shí)現(xiàn)按質(zhì)換油的關(guān)鍵部件。本傳感器采用螺紋連接,體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)可靠,是理想的在線潤滑油檢測傳感器,可普遍應(yīng)用于各類大型動(dòng)力機(jī)械,軸承,齒輪箱,泵機(jī)和汽輪機(jī)的潤滑油檢測質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測中。該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ),積算、傳輸和控制功能。

4、電容式壓力傳感器

5、加速度傳感器

6、差動(dòng)式電容測厚傳感器

1、高阻抗、小功率,因而所需的輸入力很小,輸人能量也很低。電容式傳感器因帶電極板 間靜電引力極小(約幾個(gè)10-5 N),因此所需輸入能量極小,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、力和很小的加速度、位移等,可以做得很靈敏,分辨力非常高,能 感受0.001μm甚至更小的位移。

2、溫度穩(wěn)定性好。傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān),有利于選擇溫度系數(shù)低的材料, 又因本身發(fā)熱極小,對穩(wěn)定性影響甚微。

3、結(jié)構(gòu)簡單,適應(yīng)性強(qiáng),待測體是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可,可在惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感 器結(jié)構(gòu)簡單,易于制造,可做得非常小巧,以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測量;能工作在高低溫、強(qiáng)輻射及強(qiáng) 磁場等惡劣的環(huán)境中,也能對帶有磁性的工件進(jìn)行測量。

4、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。由于極板間的靜電引力很小,可動(dòng)部分做得很小很薄,因此其固有頻率很 高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短,能在幾兆赫的頻率下工作,特別適合動(dòng)態(tài)測量,如測量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。

5、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量,具有平均效應(yīng)。例如非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心、小型滾珠 軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測量時(shí),電容式傳感器具有平均效應(yīng),可以減小工作表面粗糙 等對測量的影響。

1、輸出阻抗高,負(fù)載能力差。

2、寄生電容影響大。

電容式傳感器的初始電容量很小,而傳感器的引線電纜電容(lm~2m導(dǎo)線可達(dá)800 pF)、測 量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等"寄生電容"卻較大,這一方面降 低了傳感器的靈敏度;另一方面這些電容(如電纜電容)常常是隨機(jī)變化的,將使傳感器工作不穩(wěn) 定,影響測量精度,其變化量甚至超過被測量引起的電容變化量,致使傳感器無法工作。因此對 電纜的選擇、安裝、接法都要有要求。

為減小電纜分布電容影響,可將電子線 路的前級(jí)裝在離傳感器敏感部分很近的地 方,或采用所謂"雙層屏蔽等電位傳輸技術(shù)",

又稱"驅(qū)動(dòng)電纜"技術(shù)。這種方法的基本思路 是:連接電纜采用內(nèi)外雙層屏蔽,使內(nèi)屏蔽層 與被屏蔽的導(dǎo)線電位相同,因而兩者之間沒 有容性電流存在,這樣使引線與內(nèi)屏蔽之間 的電纜電容不起作用,外屏蔽仍被接地而對 外界電場起屏蔽作用,其原理如圖5 - 15所 示。外屏蔽接地后,對地之間電容將成為1:1放大器的負(fù)載,它也與電容式傳感器的電 容無關(guān)。這樣無論電纜形狀和位置如何變化,都不會(huì)對傳感器的工作產(chǎn)生影響。

實(shí)驗(yàn)證明:采用驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù),即使電容式傳感器電容較小,在傳輸電纜長達(dá)10 m時(shí),傳感 器仍能很好地工作。

兩點(diǎn)注意:

工作頻率等于或接近諧振頻率時(shí),諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此,工作頻率應(yīng)該先擇低于諧振頻率。

電容式傳感器的有效電容除與位移有關(guān)外,還與角頻率有關(guān)。因此,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須與標(biāo)定的條件(ω)相同。

調(diào)頻電路

特點(diǎn):

1、轉(zhuǎn)換電路生成頻率信號(hào),可遠(yuǎn)距離傳輸不受干擾。

2、具有較高的靈敏度,可以測量高至0.01μm級(jí)位移變化量。

3、但非線性較差,可通過鑒頻器(頻壓轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后,進(jìn)行補(bǔ)償。

運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器要求:

特點(diǎn):

1、解決了單個(gè)變極板間距離式電容傳感器的非線性問題。

2、要求Zi及放大倍數(shù)足夠大。

3、為保證儀器精度,還要求電源電壓的幅值和固定電容穩(wěn)定。

4、由于Cx變化小,所以該電路實(shí)現(xiàn)起來困難。

5、輸入阻抗高(避免泄漏)、放大倍數(shù)大(接近理想放大器)。

二極管雙T形交流電橋

正負(fù)半周分析:

正半周:C1充電,電流順時(shí)針; C2放電,電流逆時(shí)針

負(fù)半周: C2充電,電流逆時(shí)針; C1放電,電流順時(shí)針

若C1 = C2,則電流抵消,若C1 ≠C2,則RL有信號(hào)輸出

幾點(diǎn)說明:

1、該電路電源頻率Mhz級(jí),電源電壓幾十伏,電源的穩(wěn)定性對輸出直接產(chǎn)生影響。

2、當(dāng)電容以PF級(jí)變化時(shí),輸出以V級(jí)變化。

脈沖寬度調(diào)制電路

如圖: