Как работают емкостные датчики
Емкостные датчики используют различные типы конденсаторов в качестве чувствительных элементов. Из-за изменения измеряемого значения изменится емкость конденсатора. Через измерительную цепь изменение емкости может быть преобразовано в выходной электрический сигнал. Измеряя величину электрического сигнала, можно судить о измеренной величине. Это основной принцип работы емкостных датчиков.
Преимущества емкостных датчиков
1. Хорошая температурная стабильность
Значение емкости емкостного датчика, как правило, не зависит от материала электрода, что способствует выбору материалов с низкими температурными коэффициентами и мало влияет на стабильность из-за его очень малого тепловыделения. Датчик сопротивления имеет потери меди, которые легко генерировать нулевой дрейф за счет выделения тепла.
2. Простая структура
Емкостный датчик имеет простую структуру, прост в изготовлении и обеспечивает высокую точность, а также может быть сделан очень маленьким для достижения некоторых специальных измерений; он может работать в суровых условиях, таких как высокая температура, сильное излучение и сильные магнитные поля, и может выдерживать большие изменения температур, выдерживать высокое давление, высокую ударную нагрузку, перегрузку и т. Д.; может измерять сверхвысокую температуру и низкую разницу давлений, а также может измерять магнитную работу.
3. Хорошая динамическая реакция
Из-за малого электростатического притяжения между электродными пластинами (около нескольких 10^(-5)Н) емкостному датчику требуется очень мало энергии, а его подвижную часть можно сделать очень маленькой и тонкой, то есть массой он очень легкий, поэтому его собственная частота высока, время динамического отклика короткое, и он может работать на частотах в несколько мегагерц; который особенно подходит для динамических измерений. А из-за своих небольших диэлектрических потерь он может питаться на более высокой частоте, поэтому система работает на высокой частоте. Его можно использовать для измерения быстро меняющихся параметров.
4. Бесконтактное измерение и высокая чувствительность
Бесконтактное измерение вибрации или эксцентриситета вращающихся валов, радиального зазора малых шарикоподшипников и т.д. При использовании бесконтактного измерения емкостный датчик обладает эффектом усреднения, что позволяет уменьшить влияние шероховатости поверхности заготовки на измерение.
В дополнение к вышеперечисленным преимуществам, емкостные датчики могут измерять чрезвычайно низкое давление, силу, а также небольшое ускорение, смещение и т. Д. Он может быть сделан очень чувствительным, с высоким разрешением и может ощущать смещения 0,01 мкм или даже меньше. Из-за небольших потерь среды, такой как воздух, нулевой остаток, образующийся при соединении дифференциальной структуры в мостовом типе, невелик, поэтому схеме разрешено выполнять усиление с большим увеличением, так что прибор имеет высокую чувствительность.
Недостатки емкостных датчиков
1. Высокое выходное сопротивление и плохая грузоподъемность.
Независимо от того, какой тип емкостного датчика ограничен геометрическим размером пластины электрода, его емкость очень мала, как правило, от десятков до сотен пикофарад (пФ), поэтому выходное сопротивление емкостного датчика очень высокое, вплоть до ~Ω. Из-за высокого выходного импеданса выходная мощность невелика, грузоподъемность плохая, и она легко подвержена внешним помехам и вызывает нестабильность, и даже не может работать в тяжелых случаях.
2. Большое влияние оказывает паразитарная емкость.
Начальная емкость емкостного датчика очень мала, в то время как емкость ведущего кабеля, соединяющего датчик и электронную схему, блуждающая емкость электронной схемы и емкость, образованная емкостной пластиной и окружающими проводниками, относительно велики. Наличие паразитной емкости не только снижает чувствительность измерения, но и вызывает нелинейный выход. Поскольку паразитная емкость изменяется случайным образом, датчик находится в нестабильном рабочем состоянии, что влияет на точность измерения.