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易福門電容式傳感器的工作原理和特點
2015-2-12 閱讀(1646)
易福門電容式傳感器的工作原理和特點
易福門電容式傳感器的工作原理：
德國易福門IFM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電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數為e的電解質時，兩圓筒間的電容量為C=2∏eL/lnD/d，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為內筒電極的直徑；e為中間介質的電介常數。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，這也是電容式傳感器具有使用方便，結構簡單和靈敏度高，價格便宜等特點的原因之一。
易福門電容式傳感器的工作特點：
易福門電容式傳感器與電阻式、電感式等傳感器相比有如下一些優點：
(1)高阻抗、小功率,因而所需的輸入力很小，輸人能量也很低。電容式傳感器因帶電極板 間靜電引力極小(約幾個10-5 N)，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜用來解決輸入能量低的 測量問題，例如測量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏,分辨力非常髙，能 感受0.001μm甚至更小的位移。
(2)溫度穩定性好。傳感器的電容值一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系數低的材料， 又因本身發熱極小，對穩定性影響甚微。
(3)結構簡單，適應性強，待測體是導體或半導體均可,可在惡劣環境中工作。電容式傳感 器結構簡單,易于制造,可做得非常小巧，以實現某些特殊的測量;能工作在高低溫、強輻射及強 磁場等惡劣的環境中，也能對帶有磁性的工件進行測量。
(4)動態響應好。由于極板間的靜電引力很小，可動部分做得很小很薄，因此其固有頻率很 高，動態響應時間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特別適合動態測量，如測量振動、瞬時壓力等。
(5)可以實現非接觸測量，具有平均效應。例如非接觸測量回轉軸的振動或偏心、小型滾珠 軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時,電容式傳感器具有平均效應，可以減小工作表面粗糙 等對測量的影響。
易福門電容式傳感器存在的不足之處如下：
(1)輸出阻抗高，負載能力差。
(2)寄生電容影響大。
易福門電容式傳感器的初始電容量很小,而傳感器的引線電纜電容(lm~2m導線可達800 pF)、測 量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導體構成的電容等“寄生電容"卻較大，這一方面降 低了傳感器的靈敏度;另一方面這些電容(如電纜電容)常常是隨機變化的，將使傳感器工作不穩 定，影響測量精度，其變化量甚至超過被測量引起的電容變化量，致使傳感器無法工作。因此對 電纜的選擇、安裝、接法都要有要求。
為減小電纜分布電容影響，可將電子線 路的前級裝在離傳感器敏感部分很近的地 方，或采用所謂“雙層屏蔽等電位傳輸技術"，
又稱“驅動電纜"技術。這種方法的基本思路 是:連接電纜采用內外雙層屏蔽，使內屏蔽層 與被屏蔽的導線電位相同，因而兩者之間沒 有容性電流存在，這樣使引線與內屏蔽之間 的電纜電容不起作用，外屏蔽仍被接地而對 外界電場起屏蔽作用，其原理如圖5 - 15所 示。外屏蔽接地后，對地之間電容將成為1:1放大器的負載，它也與電容式傳感器的電 容無關。這樣無論電纜形狀和位置如何變化，都不會對傳感器的工作產生影響。
實驗證明：采用驅動電纜技術,即使電容式傳感器電容較小，在傳輸電纜長達10 m時，傳感 器仍能很好地工作。
兩點注意：
工作頻率等于或接近諧振頻率時，諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此，工作頻率應該先擇低于諧振頻率。
易福門電容式傳感器的有效電容除與位移有關外，還與角頻率有關。因此，在實際應用時必須與標定的條件（ω）相同。
易福門電容式傳感器的工作原理和特點
