電容式傳感器在應(yīng)用中具有哪些性能特點(diǎn)？

電容式傳感器是指把被測(cè)的非電量如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器，它本身就是一種可變電容器。電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨力高、可非接觸測(cè)量并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈震動(dòng)等惡劣條件下工作。重要的部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。由于這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，分辨率高，能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于位移、加速度、振動(dòng)、壓力、壓差、液位、等分含量等檢測(cè)領(lǐng)域。

電容式傳感器工作原理介紹：

電容式傳感器的工作原理是基于傳感器兩個(gè)電極的間距、相對(duì)尺寸變化以及兩個(gè)電極間介質(zhì)變化而產(chǎn)生的電容量變化。

從而影響電容量變化的主要有如下三個(gè)要素:

電極間的距離(d)

電極的尺寸(A)

電極間介質(zhì)的介電常數(shù)(εr)

這樣,當(dāng)被測(cè)量εr、A或d發(fā)生變化時(shí),都會(huì)引起電容量的變化。如果保持

其中的兩個(gè)參數(shù)不變,而僅改變另一個(gè)參數(shù),就可把該參數(shù)的變化變換為電容量的變化。

那么,根據(jù)其改變參數(shù)的不同,可將電容式傳感器分如下三種:

改變極板距離(d)的變極距型電容式傳感器

改變極板遮蓋面積(A)的變面積型電容式傳感器

改變電介質(zhì)介電常數(shù)(εr)的變介質(zhì)型電容式傳感器

目前市場(chǎng)上包括進(jìn)口品牌產(chǎn)品和國(guó)產(chǎn)品牌產(chǎn)品在內(nèi),均是屬于變介質(zhì)型電容式傳感器產(chǎn)品。

每個(gè)電容式傳感器的感應(yīng)元件是由一個(gè)傳感器電極和一個(gè)屏蔽層電極組成的。這兩個(gè)同軸金屬電極共同組成一個(gè)電容器。當(dāng)被測(cè)物體(金屬材質(zhì)或非金屬材質(zhì))接近傳感器表面時(shí),它同時(shí)進(jìn)入了由這兩個(gè)電極構(gòu)成的電場(chǎng),從而使這個(gè)電容器的電容量發(fā)生變化(△C)。這樣,當(dāng)被測(cè)物體接近時(shí),RC振蕩器電路產(chǎn)生的振幅會(huì)由比較器電路檢測(cè)到,并且通過(guò)輸出級(jí)電路形成輸出信號(hào)。由于其特殊的工作原理,電容式傳感器可實(shí)現(xiàn)非接觸的,獨(dú)立的和無(wú)磨損的檢測(cè)。并且對(duì)于導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料均可實(shí)現(xiàn)可靠檢測(cè)。因此,電容式傳感器可以適用于某些電感式傳感器無(wú)法檢測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合。電容式傳感器典型的應(yīng)用是距離和位置的測(cè)量,可以實(shí)現(xiàn)諸如:彎曲強(qiáng)度、厚度、液位、料位、偏心度、同心度、形變、磨損和震動(dòng)等物理量類型的檢測(cè)。

1.良好的溫度穩(wěn)定性

電容式傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān)，只取決于電極的幾何尺寸，空氣等介質(zhì)的損耗很小。因此，只要考慮到強(qiáng)度、溫度系數(shù)等機(jī)械特性，就可以合理選擇材料和結(jié)構(gòu)尺寸，其他因素(因?yàn)樗鼈兊臒崃亢苄?的影響很小。電阻式傳感器具有電阻，供電后產(chǎn)生熱量;電感傳感器有銅損失、磁游泳和渦流損失，導(dǎo)致自身發(fā)熱和零漂移。

2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)

電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，易于保證高精度，能在高溫、低溫、強(qiáng)輻射、強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境條件下工作，適應(yīng)性強(qiáng)。特別是，它能承受較大的溫度變化。它可以在高壓、高沖擊和過(guò)載條件下正常工作。它可以測(cè)量高壓和低壓差，也可以測(cè)量磁性工件。此外，傳感器可以很小，以實(shí)現(xiàn)特殊要求的測(cè)量。

3.動(dòng)態(tài)反應(yīng)良好

除了電容傳感器的高固有頻率外，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間非常短，系統(tǒng)工作頻率高，因?yàn)槠浣橘|(zhì)損耗小，可以使用更高的頻率供電。它可以用來(lái)測(cè)量高速變化的參數(shù)，如振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。

4.可以實(shí)現(xiàn)具有平均效應(yīng)的非接觸瀏覽量

當(dāng)不允許接觸測(cè)量時(shí)，電容傳感器可以完成測(cè)量任務(wù)。當(dāng)采用非接觸式測(cè)量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以降低工件表面粗糙度對(duì)測(cè)量的影響。

除上述優(yōu)點(diǎn)外，電容式傳感器還可以測(cè)量非常低的壓力、力和非常小的加速度和位移，因?yàn)殡姌O板之間的靜電引力非常小，所需的輸入力和輸入能量非常小。它可以非常靈敏，分辨率高，敏感值為0.1um，甚至更小的位移;由于空氣和其他介質(zhì)的損失很小，當(dāng)使用差異結(jié)構(gòu)并連接到橋上時(shí)，殘留值很小，因此允許高倍率放大電路，使儀器具有高靈敏度。