《电容式位移传感器》.pdfVIP

电容式传感器 1电容式传感器的特点及工作原理 电容传感器的应用技术近十几年来又有了较大进展。它不但广泛地用于 移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，而且还逐步扩大应用于压力、压 差、液面、成分含量等方面的测量。 电容传感器的特点是： (1)小功率、高阻抗：电容传感器的电容量很小，一般几十到几百微法，因此， 具有高阻抗输出。 (2)小的静电吸引力和良好的动态特性：电容器极板间的静电引力很小，工作时 需要的作用力量很小，并且可动质量很小，所以有较高的固有频率和良好的动态 响应特性。 (3)本身发热影响小。 (4)可进行非接触测量。 电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通常的电容传感元件，将被 测物理量的变化转换为电容量的变化。因此电容式传感器的基本工作原理可用如 图所示表示： 2 2 电容式传感器之膜片式压力计 在石油、钢铁、电力、化工、造纸等加工工业中，都把温度、流量、电平及 压力的测量放在重要位置。为了设备的安全运转，对压力传感器的可靠性与稳定 性提出了越来越高的要求。下图中电容式膜片压力计 分为两种：（a）为计示压 力计，它以大气压为基准，去测管道或箱、罐中的压力；（b）为绝对压力计，它 以绝对真空为基准，测定蒸发罐、反应罐中的压力。 计示压力计，它测定压力时使用差差压式传感器，低压一端为大气压，高 压端接测量管道，压差即为大气压的倍数。绝对压力计，也使用差压传感器，但 低压端与真空室连通。 3 3 电容式加速计与电子秤 如图，此传感器利用了差动电容器变化测定加速度。 两固定极板中有一弹簧支撑质量块，经磨平、抛光后作动极板，当传感器经 受垂直方向加速时，质量块作用于弹簧产生与固定电极间的位移，导致差动电容 变化，检测此电容变化，即相当于检测质量块的位移，也就是加速度。 如图，在一弹性良好的特种钢中，平行打孔，孔内固定两个T型绝缘体，T形头 平行，由于T形头上粘贴铜箱，形成平板电容，在孔荷重时，电容值改变，总电 容量正比于重量。 测量电路可装于孔中，减小体积。此类电子秤，对接触面无要求，总误差较 小。 4 电阻应变片的结构如图所示，一般由敏感栅，基底、覆盖层、粘合剂、引出 线组成。敏感栅是转换元件。 它把感受到的应变转换为电阻变化；基底是用来将弹簧体表面应变准确地传 送到敏感栅上，并起到敏感栅与弹性体之间的绝缘作用；覆盖层起着保护敏感栅 的作用；粘合剂是把敏感栅与基底粘贴在一起；引出线是作为连接测量导线之用。 工作时，将应变片用粘合剂粘贴在弹性体上，弹性体受外力作用变形所产生的应 变就会传递到应变片上，从而使应变片电阻值发生变化，通过测量阻值的变化， 就能得知外界被测量的大小。 电阻应变片压力传感器靠电阻值俩度量应变和压力，所以必须考虑电阻丝的温度 效应。虽然用作电阻丝材料的铜、康铜温度系数很小，但与所测应变电阻的变化 比较，仍属同一量级。如不补偿，会引起很大误差。在测量用应变片相邻桥臂上， 接一个完全相同的应变片补偿片，并把它们放在相同的温度场内，当温度变化使 测量片电阻变化时，补偿片电阻也发生同样变化，用补偿片温度效应来抵消测量 片温度效应。输出信号也就不受温度影响。 5 4 电容式位移传感器 电容式位移传感器一般用于高频振动微小位移的测量。是根据被测物体的 移变化转换为电容器电容变化的一种传感器。 与电位器式、应变式、电感式等多种位移传感器相比，它的突出优点是：结构简 单能实现非接触测量，只要极小的输入力就能使动极板移动，并且在移动过程中、 几乎没有摩擦和反作用力；灵敏度高、分辨力强，能敏感0．01Pm甚至更小的 移：动态内应好；能在恶劣条件 （高、低温，各种形式的辐射等）下工作。但它 也存在着一些缺点。主要是输出特性酌非线性和对绝缘电阻要求较高，为了克服 寄生电容的影响．降低电容传感器内阻抗，要求对传感器及输出导线采取屏蔽措 施和采用较高的电源频率等。近年来，随着工艺技术的不断发展，二次仪表得到 了简化。变换电路的体积也大大纲小，同时可以装入射闭容器，消除了噪声和分 布电容的影响，一些新型电路还能补偿杨出非线性，因此。电容式传感器得到了 人们的重视，目前已