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News兩類電容位移傳感器的工作原理介紹
更新時(shí)間：2018-07-17 點(diǎn)擊次數(shù)：1723次
電容位移傳感器以電容器為敏感元件，將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器稱為電容式傳感器。電容位移傳感器的形式很多，常使用變極距式電容位移傳感器和變面式電容位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量。
1、變極距式電容位移傳感器
一個(gè)電極板固定不變，稱為固定極板，另一極板間距離d響應(yīng)變化，從而引起電容量的變化。因此，只要測(cè)出電容量的變化量⊿ C，便可測(cè)得極板間距變化量，即動(dòng)極板的位移量⊿ d。變極距電容傳感器的初始電容Co可由下式表達(dá)，即式中：ε--真空介電常數(shù)(8.85×10-12F/m) A--極板面積(m2) do--極板間距初始距離(m).傳感器的這種變化關(guān)系呈非線性，當(dāng)極板初始距離由do減少⊿ d時(shí)，則電容量相應(yīng)增加⊿ C，即電容相對(duì)變化量⊿ C/Co為.由于，在實(shí)際使用時(shí)常采用近似線性處理，即此時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)非線性誤差γo為這種處理的結(jié)果，使得電容位移傳感器的相對(duì)非線性誤差增大.
為改善這種情況，可采用差動(dòng)變極距式電容傳感器，這種傳感器的結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極板，其中兩個(gè)固定不動(dòng)，只有中間極板可產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)中間活動(dòng)極板處于平衡位置時(shí)，即d1=d2=do，則C1=C2=Co，如果活動(dòng)極板向右移動(dòng)⊿ d,則d1=do-⊿ d,d2=do+⊿ d,采用上述相同的近似線性處理方法，可得傳感器電容總的相對(duì)變化，為傳感器的相對(duì)非線性誤差γo為.不難看出，變極距式電容傳感器改成差動(dòng)之后，不但非線性誤差大大減小，而且靈敏度也提高了一倍。
2、變面積式電容位移傳感器
變面積式電容傳感器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)電極構(gòu)成，其中一個(gè)為固定極板，另一個(gè)為可動(dòng)極板，兩極板均成半圓形。假定極板間的介質(zhì)不變(即電介質(zhì)常數(shù)不變)，當(dāng)兩極板*重疊時(shí)，其電容量為Co=⊿ A/d
當(dāng)動(dòng)極板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)α角時(shí)，兩極板的對(duì)應(yīng)面積要減小⊿ A，則傳感器的電容量就要減小⊿ C。如果我們把這種電容量的變化通過諧振電路或其它回路方法檢測(cè)出來，就實(shí)現(xiàn)了角位移轉(zhuǎn)換為電量的電測(cè)變換。
電容位移傳感器的位移測(cè)量范圍在1um-10mm之間，變極距式電容傳感器的測(cè)量精度約為2%。變面積式電容傳感器的測(cè)量精度較高，其分辨率可達(dá)0.3um。
1、變極距式電容位移傳感器
一個(gè)電極板固定不變，稱為固定極板，另一極板間距離d響應(yīng)變化，從而引起電容量的變化。因此，只要測(cè)出電容量的變化量⊿ C，便可測(cè)得極板間距變化量，即動(dòng)極板的位移量⊿ d。變極距電容傳感器的初始電容Co可由下式表達(dá)，即式中：ε--真空介電常數(shù)(8.85×10-12F/m) A--極板面積(m2) do--極板間距初始距離(m).傳感器的這種變化關(guān)系呈非線性，當(dāng)極板初始距離由do減少⊿ d時(shí)，則電容量相應(yīng)增加⊿ C，即電容相對(duì)變化量⊿ C/Co為.由于，在實(shí)際使用時(shí)常采用近似線性處理，即此時(shí)產(chǎn)生的相對(duì)非線性誤差γo為這種處理的結(jié)果，使得電容位移傳感器的相對(duì)非線性誤差增大.
為改善這種情況，可采用差動(dòng)變極距式電容傳感器，這種傳感器的結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)極板，其中兩個(gè)固定不動(dòng)，只有中間極板可產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)中間活動(dòng)極板處于平衡位置時(shí)，即d1=d2=do，則C1=C2=Co，如果活動(dòng)極板向右移動(dòng)⊿ d,則d1=do-⊿ d,d2=do+⊿ d,采用上述相同的近似線性處理方法，可得傳感器電容總的相對(duì)變化，為傳感器的相對(duì)非線性誤差γo為.不難看出，變極距式電容傳感器改成差動(dòng)之后，不但非線性誤差大大減小，而且靈敏度也提高了一倍。
2、變面積式電容位移傳感器
變面積式電容傳感器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)電極構(gòu)成，其中一個(gè)為固定極板，另一個(gè)為可動(dòng)極板，兩極板均成半圓形。假定極板間的介質(zhì)不變(即電介質(zhì)常數(shù)不變)，當(dāng)兩極板*重疊時(shí)，其電容量為Co=⊿ A/d
當(dāng)動(dòng)極板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)α角時(shí)，兩極板的對(duì)應(yīng)面積要減小⊿ A，則傳感器的電容量就要減小⊿ C。如果我們把這種電容量的變化通過諧振電路或其它回路方法檢測(cè)出來，就實(shí)現(xiàn)了角位移轉(zhuǎn)換為電量的電測(cè)變換。
電容位移傳感器的位移測(cè)量范圍在1um-10mm之間，變極距式電容傳感器的測(cè)量精度約為2%。變面積式電容傳感器的測(cè)量精度較高，其分辨率可達(dá)0.3um。
