德国SECATEC电容传感器是指将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。实际上,它本身(或和被测物体)就是一个可变电容器。
德国SECATEC电容传感器的特点:
电容传感器有如下一些特点:
①结构简单;
②动作时需要能量低,由于带电极板间静电吸引力很小(约几个 N),因此电容传感器特别适宜用来解决输入能量低的测量问题;
③动态特性好,电容传感器的相对变化量只受线性和其它实际条件的限制,如果使用高线性电路时,电容变化量可达100%或更大;
④自然效应小;
⑤动态响应快以及能在恶劣的环境下工作。但由于电容传感器的初始电容较小,受引线电容、寄生电容的干扰影响较大;另一方面电容传感器输出特性为非线性。
德国SECATEC电容传感器的原理:
由物理学知识可知,在忽略边缘效应的情况下,平板电容器的电容量为
式中, ——真空的介电常数, = ;
ε——极板间介质的相对介电系数,在空气中,ε=1;
A——极板的重合面积,m²;
δ——两平行极板间的距离,m。
上式表明,当被测量δ,A或ε发生变化时,都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变,仅改变另一个参数,就可以把该参数的变化变换为单一电容量的变化,再通过配套的测量电路,将电容的变化转换为电信号输出。根据电容器参数变化的特性,电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种,其中极距变化型和面积变化型的应用较广泛。
德国SECATEC电容传感器的应用:
电容传感器可以直接测量的非电量为:直线位移、角位移及介质的几何尺寸(或称物位),直线位移及角位移可以是静态的,也可以是动态的,例如是直线振动及角振动。用于上述三类非电参数变换测量的变换器一般说来原理比较简单,无需再作任何预变换。
测物位的传感器多数是采用电容式传感器作转换元件。电容式传感器还可用于测量原油中含水量、粮食中的含水量等。
当德国SECATEC电容传感器用于测量其他物理量时,必须进行预变换,将被测参数转换成d,S或ε的变化。例如在测量压力时,要用弹性元件先将压力转换成d的变化。
为了提高电容传感器的灵敏度、减小界干扰、寄生电容及漏电的影响和减小线性误差,可采用以下措施:
①由于当d减小时可使电容量加大从而使灵敏度增加,但d过小容易引起电容器击穿,一般可以在极板间放置云母片来改善;
②提高电源频率;
③用双层屏蔽线,将电路同电容传感器装在一个壳体中,可以减小寄生电容及外界干扰的影响。