70年代末以來,隨著集成電路技術的發展,出現了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小,使其固有的缺點得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣,很有發展潛力的傳感器。

典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構成。當薄膜受壓力作用時,薄膜會發生一定的變形,因此,上下電極之間的距離發生一定的變化,從而使電容發生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關系是非線性關系,因此,要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。

1、變極距型電容傳感器(d)

2、變面積型電容傳感器(A)

3、變介質型電容傳感器(ε)

變極距型電容傳感器

變面積型電容傳感器

變電介質型電容式傳感器

變介質型電容式傳感器

非線性

電容傳感器

目的:

提高靈敏度

減小非線性誤差

2、FWS-CⅡ型在線電容式水分檢測傳感器。在線檢測各種工作機械的液壓、潤滑系統介質的含水率,特別是外部水容易滲入機械內部的軋鋼機、造紙機、汽輪 機、船舶機械。 監視循環油系統是否存在泄漏,如水冷卻器等。 監視工作機械的密封元件是否損壞,引起外部水滲入。 監視環境空氣濕度對潤滑液壓系統油品品質和含水率的影響。,從而精確測定潤滑油質量,預測設備故障,是設備潤滑油管理中的關鍵部件。本傳感器采用螺紋連接,體積小,重量輕,結構可靠,測量精度高,工作穩定,具有較強的抗電磁干擾性能。封閉型不銹鋼制外殼具有很好的防水防塵性能。可直接安裝于工廠現場液壓潤滑管道上。是理想的在線水分檢測傳感器。

該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連,在線、連續、實時的檢測各種低水分油品的含水率。直接顯示,遠程控制和報警。實現數據存儲,積算、傳輸和控制功能。普遍應用于大中型機械聯動機組的液壓、潤滑循環系統 例如:高線軋機和板帶軋機潤滑油系統、板帶軋機和棒線軋機液壓傳動系統、汽輪發電機組潤滑系統、造紙機組潤滑系統、船舶機械潤滑系統、燃料油庫。粘度計,污染度,濕度計電容式傳感器

3、 FW-C1型電容式潤滑油實時在線監測傳感器。本傳感器可以在線準確測定潤滑油的污染程度,包括氧化程度、含水量和其它機械化學雜質污染度,從而精確測定潤滑油質量,判定是否需要更換潤滑油,即可節約油料,又能預測設備故障,是設備潤滑油管理中改變傳統的按期換油,實現按質換油的關鍵部件。本傳感器采用螺紋連接,體積小,重量輕,結構可靠,是理想的在線潤滑油檢測傳感器,可普遍應用于各類大型動力機械,軸承,齒輪箱,泵機和汽輪機的潤滑油檢測質量實時檢測中。該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連,實現數據存儲,積算、傳輸和控制功能。

4、電容式壓力傳感器

5、加速度傳感器

6、差動式電容測厚傳感器

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,分辨力非常高,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。

1、輸出阻抗高,負載能力差。

2、寄生電容影響大。

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。

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。

調頻電路

特點:

1、轉換電路生成頻率信號,可遠距離傳輸不受干擾。

2、具有較高的靈敏度,可以測量高至0.01μm級位移變化量。

3、但非線性較差,可通過鑒頻器(頻壓轉換)轉化為電壓信號后,進行補償。

運算放大器式電路運算放大器要求:

特點:

1、解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題。

2、要求Zi及放大倍數足夠大。

3、為保證儀器精度,還要求電源電壓的幅值和固定電容穩定。

4、由于Cx變化小,所以該電路實現起來困難。

5、輸入阻抗高(避免泄漏)、放大倍數大(接近理想放大器)。

二極管雙T形交流電橋

正負半周分析:

正半周:C1充電,電流順時針; C2放電,電流逆時針

負半周: C2充電,電流逆時針; C1放電,電流順時針

若C1 = C2,則電流抵消,若C1 ≠C2,則RL有信號輸出

幾點說明:

1、該電路電源頻率Mhz級,電源電壓幾十伏,電源的穩定性對輸出直接產生影響。

2、當電容以PF級變化時,輸出以V級變化。

脈沖寬度調制電路

如圖: