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德國TURCK電容式傳感器的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的
點擊次數(shù)：606 發(fā)布時間：2023-9-14
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德國TURCK圖爾克電容式傳感器的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的
將被測物理量或機械量轉(zhuǎn)換成為電容變化量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實際上就是一個具有可變參數(shù)的電容器,。TURCK電容式傳感器廣泛用于位移,、角度、振動,、速度,、壓力、成分分析,、介質(zhì)特性等方面的測量,。的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
年代末以來，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的TURCK電容式傳感器,。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小,，使其固有的缺點得到克服。TURCK電容式傳感器是一種用途極廣,，很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?/p>
典型的TURCK電容式傳感器由上下電極,、絕緣體和襯底構(gòu)成。當(dāng)薄膜受壓力作用時,，薄膜會發(fā)生一定的變形,，因此，上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化,，從而使電容發(fā)生變化,。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關(guān)系是非線性關(guān)系，因此,，要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償,。
電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計，電容式物位計的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的,，電容器由兩個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ε的電解質(zhì)時，兩圓筒間的電容量為
式中L為兩筒相互重合部分的長度,；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),。在實際測量中D,、d、e是基本不變的,，故測得C即可知道液位的高低,，這也是TURCK電容式傳感器具有使用方便，結(jié)構(gòu)簡單和靈敏度高,，價格便宜等特點的原因之一,。
電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，由于被測量變化將導(dǎo)致電容器電容量變化,，通過測量電路,，可把電容量的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。測知電信號的大小,，可判斷被測量的大小,。這就是TURCK電容式傳感器的基本工作原理。
根據(jù)傳感器的工作原理可把TURCK電容式傳感器分為變極距型,、變面積型和變介質(zhì)型三種類型,。
根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)可把TURCK電容式傳感器分為三種類型的結(jié)構(gòu)形式,。它們又可按位移的形式分為線位移和角位移兩種，每一種又依據(jù)傳感器極板形狀分成平(圓形)板形和圓柱(圓筒)形,，雖然還有球面形和鋸齒形等其他形狀,，但一般很少用。其中差動式一般優(yōu)于單組(單邊)式傳感器,，它具有靈敏度高,、線性范圍寬、穩(wěn)定性高等特點,。
溫度穩(wěn)定性好
電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān),，這有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小,，影響穩(wěn)定性甚微,。而電阻傳感器有銅損，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂,。
結(jié)構(gòu)簡單
電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單,，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧,，以實現(xiàn)某些特殊的測量,；能工作在高溫，強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中,，可以承受很大的溫度變化,，承受高壓力，高沖擊,，過載等,；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量,。
動態(tài)響應(yīng)好
電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小(約幾個10^(-5)N),，需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄,，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高,，動態(tài)響應(yīng)時間短,，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態(tài)測量,。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電,，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數(shù),。
可以非接觸測量且靈敏度高
可非接觸測量回轉(zhuǎn)軸的振動或偏心率,、小型滾珠軸承的徑向間隙等,。當(dāng)采用非接觸測量時，TURCK電容式傳感器具有平均效應(yīng),，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響,。
電容式傳感器除了上述的優(yōu)點外，還因其帶電極板間的靜電引力很小,，所需輸入力和輸入能量極小,，因而可測極低的壓力、力和很小的加速度,、位移等,，可以做得很靈敏，分辨力高,，能感應(yīng)0.01μm甚至更小的位移,。由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動結(jié)構(gòu)并接成電橋式時產(chǎn)生的零殘極小,，因此允許電路進行高倍率放大,，使儀器具有很高的靈敏度。
①輸出阻抗高,，負(fù)載能力差,。
無論何種類型的TURCK電容式傳感器，受電極板幾何尺寸的限制,，其電容量都很小,，一般為幾十到幾百皮法(pF)，因此使TURCK電容式傳感器的輸出阻抗很高,，可達 ～ Ω,。由于輸出阻抗很高，因而輸出功率小,，負(fù)載能力差,，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至無法工作,。
②寄生電容影響大,。
電容式傳感器的初始電容量很小，而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容,、電子線路的雜散電容以及電容極板與周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等寄生電容卻較大,。寄生電容的存在不但降低了測量靈敏度，而且引起非線性輸出,。由于寄生電容是隨機變化的．因而使傳感器處于不穩(wěn)定的工作狀態(tài)．影響測量準(zhǔn)確度,。
電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、耐高溫,、耐輻射,、分辨率高,、動態(tài)響應(yīng)特性好等優(yōu)點，廣泛用于壓力,、位移,、加速度、厚度,、振動,、液位等測量中。但在使用中要注意以下幾個方面對測量結(jié)果的影響：①減小環(huán)境溫度,、濕度變化(可能引起某些介質(zhì)的介電常數(shù)或極板的幾何尺寸,、相對位置發(fā)生變化)；②減小邊緣效應(yīng),；③減少寄生電容,；④使用屏蔽電極并接地(對敏感電極的電場起保護作用，與外電場隔離),；⑤注意漏電阻,、激勵頻率和極板支架材料的絕緣性。