Jak działają czujniki pojemnościowe
Czujniki pojemnościowe wykorzystują różne typy kondensatorów jako elementy czujnikowe. Ze względu na zmianę mierzonej wartości zmieni się pojemność kondensatora. Poprzez obwód pomiarowy zmiana pojemności może zostać przekształcona w wyjście sygnału elektrycznego. Mierząc wielkość sygnału elektrycznego, można ocenić zmierzoną wielkość. Jest to podstawowa zasada działania czujników pojemnościowych.
Zalety czujników pojemnościowych
1. Dobra stabilność temperaturowa
Wartość pojemności czujnika pojemnościowego jest na ogół niezależna od materiału elektrody, co sprzyja doborowi materiałów o niskich współczynnikach temperaturowych i ma niewielki wpływ na stabilność ze względu na bardzo małe wytwarzanie ciepła. Czujnik rezystancji ma straty miedzi, które są łatwe do wygenerowania zerowego dryftu dzięki wytwarzaniu ciepła.
2. Prosta struktura
Czujnik pojemnościowy ma prostą strukturę, jest łatwy w produkcji i zapewnia wysoką dokładność i może być bardzo mały, aby uzyskać specjalne pomiary; może pracować w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, silne promieniowanie i silne pola magnetyczne, i może wytrzymać duże temperatury Zmiana, wytrzymać wysokie ciśnienie, duże uderzenie, przeciążenie itp .; może mierzyć ultra-wysoką temperaturę i niską różnicę ciśnień, a także może mierzyć pracę magnetyczną.
3. Dobra reakcja dynamiczna
Ze względu na małe przyciąganie elektrostatyczne między płytkami elektrody (około kilku 10 ^(-5)N), czujnik pojemnościowy wymaga bardzo mało energii, a jego ruchoma część może być bardzo mała i cienka, to znaczy masa Jest bardzo lekki, więc jego naturalna częstotliwość jest wysoka, czas reakcji dynamicznej jest krótki i może pracować z częstotliwościami kilku megaherców, który jest szczególnie odpowiedni do pomiarów dynamicznych. A ze względu na niewielkie straty dielektryczne może być zasilany z wyższą częstotliwością, więc system działa z wysoką częstotliwością. Może być używany do pomiaru szybko zmieniających się parametrów.
4. Bezdotykowy pomiar i wysoka czułość
Bezkontaktowy pomiar drgań lub mimośrodowości wałów obrotowych, luzu promieniowego małych łożysk kulkowych itp. W przypadku stosowania pomiaru bezdotykowego czujnik pojemnościowy ma efekt uśredniania, który może zmniejszyć wpływ chropowatości powierzchni obrabianego przedmiotu na pomiar.
Oprócz powyższych zalet, czujniki pojemnościowe mogą mierzyć ekstremalnie niskie ciśnienie, siłę i małe przyspieszenie, przemieszczenie itp. Może być bardzo czuły, o wysokiej rozdzielczości i może wyczuwać przemieszczenia 0,01 μm lub nawet mniejsze. Ze względu na niewielką stratę medium, takiego jak powietrze, zerowa pozostałość generowana, gdy struktura różnicowa jest połączona w typie mostka, jest mała, więc obwód może wykonywać wzmocnienie o dużym powiększeniu, dzięki czemu instrument ma wysoką czułość.
Wady czujników pojemnościowych
1. Wysoka impedancja wyjściowa i słaba obciążalność.
Bez względu na rodzaj czujnika pojemnościowego, ograniczonego geometrycznym rozmiarem płytki elektrody, jego pojemność jest bardzo mała, na ogół dziesiątki do setek pikofaradów (pF), więc impedancja wyjściowa czujnika pojemnościowego jest bardzo wysoka, do ~ Ω. Ze względu na wysoką impedancję wyjściową moc wyjściowa jest mała, nośność jest słaba i łatwo ulega zakłóceniom zewnętrznym i powoduje niestabilność, a nawet nie może działać w ciężkich przypadkach.
2. Pojemność pasożytnicza ma wielki wpływ.
Początkowa pojemność czujnika pojemnościowego jest bardzo mała, podczas gdy pojemność prowadzącego łączącego czujnik i obwód elektroniczny, pojemność zabłąkana obwodu elektronicznego i pojemność utworzona przez płytkę pojemnościową i otaczające przewody są stosunkowo duże. Istnienie pojemności pasożytniczej nie tylko zmniejsza czułość pomiaru, ale także powoduje nieliniowe wyjście. Ponieważ pojemność pasożytnicza zmienia się losowo, czujnik znajduje się w niestabilnym stanie roboczym, co wpływa na dokładność pomiaru.