德國TURCK圖爾克電容式傳感器可測極低的壓力,、力和很小的加速度、位移等
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德國TURCK圖爾克電容式傳感器可測極低的壓力、力和很小的加速度,、位移等
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,。
70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,。
TURCK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,。
TURCK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,。
1)溫度穩(wěn)定性好
TURCK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,。
2)結(jié)構(gòu)簡單
TURCK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,。
3)動態(tài)響應好
TURCK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)。
4)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,。當采用非接觸測量時,TURCK電容式傳感器具有平均效應,,可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響,。
TURCK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,負載能力差,,易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象,,嚴重時甚至無法工作。
②寄生電容影響大,。
TURCK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).影響測量準確度,。
TURCK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,;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,。
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