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传感器采取船舶的_电容式传感器工作原理与电容式传感器行业应用

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电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件,将被测转物理量或机械量换成为电容量变化的一种转换装置,实际上就是一个具有可变参数的电容器。在采用电容技术的应用中,电容式接近开关的灵敏度取决于目标物体的材料特性。金属、塑料或液态物体的材料特性将会影响感测范围,从而影响电容式传感器的输出探测点。

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一、电容式传感器的工作原理

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二、电容式传感器的分类类型

根据传感器的工作原理可把电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。

根据传感器的结构可把电容式传感器分为三种类型的结构形式。它们又可按位移的形式分为线位移和角位移两种,每一种又依据传感器极板形状分成平(圆形)板形和圆柱(圆筒)形,虽然还有球面形和锯齿形等其他形状,但一般很少用。其中差动式一般优于单组(单边)式传感器,它具有灵敏度高、线性范围宽、稳定性高等特点。

三、电容式传感器的特点

1、优点

(1)温度稳定性好。电容传感器的电容值通常与电极材料无关,这有利于选择具有低温系统的材料,并且由于它产生的热量很少,因此对稳定性的影响很小。电阻传感器具有电阻并在通电后产生热量:电感传感器具有铜损,磁通量和涡流损耗等,由于热量容易产生零漂移。

(2)结构简单。电容式传感器结构简单,易于制造,易于确保高精度,并且可以做得很小以实现某些特殊测量:它们可以在高温,强壮的车辆和船舶以及强磁场等恶劣环境中工作,并能承受较大的温度变化,承受高压,高冲击过载等。它可以测量超高温和低压差,还可以测量磁性功。

(3)动态响应良好。由于带有电极的板之间的静电引力很小(约105N),因此,电容式传感器所需的能量非常小,而且它的重量非常轻,因为它的运动部分可以非常小和薄。自然频率高,动态响应时间短,可以在几兆赫兹的频率下工作,特别适合动态测量。而且由于介电损耗低,可以高频供电,所以系统工作频率高。它可以用来测量高速变化的参数。

(4)可实现平均效果的非接触式测量。例如,旋转轴的振动或偏心率的非接触式测量,小球轴承的径向游隙等。使用非接触式测量时,电容式传感器具有求平均值的作用,可以减小工作表面粗糙度的影响在测量上。除了上述优点外,电容式传感器在电极板之间还具有较小的静电引力,因此输入和输入能量极小,因此它可以测量极低的压力,以及较小的加速度,位移等,可以制成非常灵敏,高分辨率且对001m位移敏感性较小的传感器:由于介电损耗(如空气)较低,将差异结构连接成桥式时产生的零残留非常小,允许电路高倍放大,使仪器具有较高的灵敏度。

2、缺点

(1)高输出阻抗,较差的负载能力·受通用几何尺寸的影响,电容传感器的容量通常只有几个pF到几百pF,这使得传感器的输出阻抗非常高,特别是当使用音频范围的交流电源时,输出阻抗高达1061082。因此,传感器的负载能力非常差,容易受到外部干扰和不稳定的影响。在严重的情况下,它甚至不能工作。必须采取屏蔽措施,给设计和使用带来极大的不便。大阻抗还要求传感器绝缘部分的电阻值非常高(超过几十个MQ),否则,绝缘部分将用作旁路电阻,影响仪器的性能(如降低灵敏度)。因此,应特别注意温度、清洁度等周围环境。不使用高频电源会降低传感器的输出阻抗,但高频放大和传输比低频复杂得多,寄生电容器影响很大,不易保证工作的稳定性。

(2)电容由于结构和尺寸的限制,类型传感器的电容很小(几pF到几十pF),导线电容连接传感器和电子电路(1-2)m导线可达8000pF),其他电子电路的体积电容器和由传感器内板及其周围导体形成的寄生电容器相对较大,不仅降低了传感器的灵敏度,而且这些电容器(电缆电容器)经常随机变化,使仪器工作非常不稳定。影响测量精度,因此需要电缆的选择、安装和连接。随着材料、技术、电子技术,特别是集成技术的发展,电容式传感器的优点不断发展,但缺点不断克服。电容式传感器正逐渐成为一种高灵敏度、高精度的传感器,预计将在动态、低压和一些特殊测量领域发展。

4.电容式传感器的应用领域

电容感器可用来测量直线位移、角位移,振动振幅(可测至0.05μm微振幅),特别适用于测量高频振动振幅、精密轴旋转精度、加速度等机械量,也可用于测量差压、液位、材料表面、谷物含水量、非金属材料涂层、油膜厚度、湿度、密度、厚度等。它也常用作自动检测和控制系统中的位置信号发生器。

当测量金属表面状况、距离尺寸、振动振幅时,往往采用单电极式变极距型电容传感器,这时被测物是电容器的一个电极,另一个电极则在传感器内。

航空航天、汽车制造、石油化学、烧砖、陶瓷、表面处理、大气环境、环境实验箱、食品、饮料、高科技、暧通、工业、冶金、气象、计量、军事、制药、造纸等行业都有用到。

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五、电容传感器在汽车行业的应用案例

以前的电容分析系统要求测量的电容比较大,以及接触时电容值的变化很大。对传感器制造商来说,需要足够大的变化经常会带来问题,而在较小的电容传感器却不会出现。采用Σ-Δ该技术可以为不同的动态和精度要求提供灵活的解决方案,使传感器系统具有极低的电源要求。CDC在许多其他领域,设备已被用于几种汽车应用。

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六、电容式传感器在军事行业内的应用案例

在使用电容式传感器的过程中,如果是军事行业内的应用的话,我们需要考虑的细节还是非常多的。

比如在进行运输环节的冲击测试的时候,像军用汽车在这方面是需要高技术运用的,这样才可以保障高效率的运输,而且也需要保障一定的安全,为此对于测试的灵敏度来说,其传感器对加速度的测试效果要保持一定的精确度,这样在使用的过程中才可以确保一定的振动效果,为此无论选择哪一类型的电容传感器,都要注意具体的运用范围。

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七、电容传感器在自动化行业的应用案例(常见)

在自动化行业领域中,电容式传感器广泛用于位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等方面的测量。最常用的是平行板型电容器或圆筒型电容器。

标签: 电容传感器的分类和特点传感器常用电缆

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