Jak fungují kapacitní senzory
Kapacitní senzory používají jako snímací prvky různé typy kondenzátorů. V důsledku změny naměřené hodnoty se změní kapacita kondenzátoru. Prostřednictvím měřicího obvodu lze změnu kapacity převést na výstup elektrického signálu. Měřením velikosti elektrického signálu lze posoudit naměřenou velikost. To je základní pracovní princip kapacitních senzorů.
Výhody kapacitních senzorů
1. Dobrá teplotní stabilita
Hodnota kapacity kapacitního senzoru je obecně nezávislá na materiálu elektrody, což přispívá k výběru materiálů s nízkými teplotními koeficienty a má malý vliv na stabilitu díky velmi malému generování tepla. Odporový senzor má ztrátu mědi, která snadno generuje nulový posun v důsledku generování tepla.
2. Jednoduchá struktura
Kapacitní senzor má jednoduchou strukturu, snadno se vyrábí a zajišťuje vysokou přesnost a může být vyroben velmi malý, aby bylo dosaženo některých speciálních měření; může pracovat v drsných prostředích, jako je vysoká teplota, silné záření a silná magnetická pole, a vydrží velké teploty Změna, vydrží vysoký tlak, vysoký náraz, přetížení atd.; může měřit ultra vysokou teplotu a nízký tlakový rozdíl a může také měřit magnetickou práci.
3. Dobrá dynamická odezva
Vzhledem k malé elektrostatické přitažlivosti mezi elektrodovými deskami (asi několik 10^(-5)N) vyžaduje kapacitní snímač velmi málo energie a jeho pohyblivá část může být velmi malá a tenká, to znamená hmota Je velmi lehká, takže jeho přirozená frekvence je vysoká, doba dynamické odezvy je krátká a může pracovat na frekvencích několika megahertzů, který je vhodný zejména pro dynamická měření. A díky své malé dielektrické ztrátě může být napájen na vyšší frekvenci, takže systém pracuje na vysoké frekvenci. Lze jej použít k měření rychle se měnících parametrů.
4. Bezkontaktní měření a vysoká citlivost
Bezkontaktní měření vibrací nebo excentricity rotačních hřídelí, radiální vůle malých kuličkových ložisek apod. Při použití bezkontaktního měření má kapacitní snímač průměrovací efekt, který může snížit vliv drsnosti povrchu obrobku na měření.
Kromě výše uvedených výhod mohou kapacitní senzory měřit extrémně nízký tlak, sílu a malé zrychlení, posunutí atd. Může být velmi citlivý, s vysokým rozlišením a může snímat posuny 0,01 μm nebo dokonce menší. Vzhledem k malé ztrátě média, jako je vzduch, je nulový zbytek generovaný při připojení diferenciální konstrukce v typu mostu malý, takže obvod může provádět zesílení s vysokým zvětšením, takže přístroj má vysokou citlivost.
Nevýhody kapacitních senzorů
1. Vysoká výstupní impedance a špatná nosnost.
Bez ohledu na to, jaký typ kapacitního senzoru, omezený geometrickou velikostí desky elektrody, jeho kapacita je velmi malá, obecně desítky až stovky pikofaradů (pF), takže výstupní impedance kapacitního senzoru je velmi vysoká, až ~ Ω. Vzhledem k vysoké výstupní impedanci je výstupní výkon malý, nosnost je špatná a je snadno ovlivněna vnějším rušením a způsobuje nestabilitu a v těžkých případech dokonce nemůže fungovat.
2. Parazitická kapacita má velký vliv.
Počáteční kapacita kapacitního senzoru je velmi malá, zatímco kapacita kabelu spojujícího snímač a elektronický obvod, zbloudilá kapacita elektronického obvodu a kapacita tvořená kapacitní deskou a okolními vodiči jsou poměrně velké. Existence parazitické kapacity nejen snižuje citlivost měření, ale také způsobuje nelineární výstup. Vzhledem k tomu, že parazitní kapacita se náhodně mění, je senzor v nestabilním pracovním stavu, což ovlivňuje přesnost měření.