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上海圓馨能源科技有限公司
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易福門電容式傳感器的工作原理和特點(diǎn)
2015-2-12 閱讀(1623)
易福門電容式傳感器的工作原理和特點(diǎn)
易福門電容式傳感器的工作原理：
德國(guó)易福門IFM電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計(jì)，電容式物位計(jì)的電容檢測(cè)元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進(jìn)行工作的，電容器由兩個(gè)絕緣的同軸圓柱極板內(nèi)電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數(shù)為e的電解質(zhì)時(shí)，兩圓筒間的電容量為C=2∏eL/lnD/d，式中L為兩筒相互重合部分的長(zhǎng)度；D為外筒電極的直徑；d為內(nèi)筒電極的直徑；e為中間介質(zhì)的電介常數(shù)。在實(shí)際測(cè)量中D、d、e是基本不變的，故測(cè)得C即可知道液位的高低，這也是電容式傳感器具有使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和靈敏度高，價(jià)格便宜等特點(diǎn)的原因之一。
易福門電容式傳感器的工作特點(diǎn)：
易福門電容式傳感器與電阻式、電感式等傳感器相比有如下一些優(yōu)點(diǎn)：
(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(lái)解決輸入能量低的 測(cè)量問題，例如測(cè)量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏,分辨力非常髙，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(wú)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(duì)穩(wěn)定性影響甚微。
(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，待測(cè)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(jiǎn)單,易于制造,可做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測(cè)量;能工作在高低溫、強(qiáng)輻射及強(qiáng) 磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中，也能對(duì)帶有磁性的工件進(jìn)行測(cè)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(cè)量，如測(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。
(5)可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)。例如非接觸測(cè)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(cè)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(duì)測(cè)量的影響。
易福門電容式傳感器存在的不足之處如下：
(1)輸出阻抗高，負(fù)載能力差。
(2)寄生電容影響大。
易福門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(cè) 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(cè)量精度，其變化量甚至超過被測(cè)量引起的電容變化量，致使傳感器無(wú)法工作。因此對(duì) 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(duì) 外界電場(chǎng)起屏蔽作用，其原理如圖5 - 15所 示。外屏蔽接地后，對(duì)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(wú)關(guān)。這樣無(wú)論電纜形狀和位置如何變化，都不會(huì)對(duì)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(zhǎng)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。
易福門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。
易福門電容式傳感器的工作原理和特點(diǎn)
