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2023/8/21 15:08:38基恩士传感器的优点有哪些?
基恩士传感器是以各种类型的电容器作为传感元件,将被测物理量或机械量转换成为电容变化量变化的一种转换装置,实际上就是一个具有可变参数的电容器。电容式传感器广泛用于位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等方面的测量。的是平行板型电容器或圆筒型电容器。
1)基恩士传感器的电容值一般与电极材料无关,这有利于选择温度系数低的材料,又因本身发热极小,影响稳定性甚微。而电阻传感器有铜损,易发热产生零漂。
2)结构简单
基恩士传感器结构简单,易于制造和保证高的精度,可以做得非常小巧,以实现某些特殊的测量;能工作在高温,强辐射及强磁场等恶劣的环境中,可以承受很大的温度变化,承受高压力,高冲击,过载等;能测量超高温和低压差,也能对带磁工作进行测量。
3)动态响应好
基恩士传感器由于带电极板间的静电引力很小(约几个10^(-5)N),需要的作用能量极小,又由于它的可动部分可以做得很小很薄,即质量很轻,因此其固有频率很高,动态响应时间短,能在几兆赫兹的频率下工作,特别适用于动态测量。又由于其介质损耗小可以用较高频率供电,因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数。
4)可以非接触测量且灵敏度高
可非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。
基恩士传感器除了上述的优点外,还因其带电极板间的静电引力很小,所需输入力和输入能量极小,因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很灵敏,分辨力高,能感应0.01μm甚至更小的位移。由于其空气等介质损耗小,采用差动结构并接成电桥式时产生的零残极小,因此允许电路进行高倍率放大,使仪器具有很高的灵敏度。
是一种将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器,它结构简单,体积小,分辨率高,具有平均效应,测量精度高,可实现非接触测量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作,广泛应用于压力、差压、液位、振动、位移、加速度、成分含量等方面的测量。
基恩士传感器成一个电容器,若忽略其边缘效应,其电容量为
式中,ε为电容极板间介质的介质参数,ε=ε0εr,其中ε0 真空介电参数,εr为极板间介质的相对介电常数;S为两平板所覆盖的面积;d为两平行板之间的距离。
由式中可见,当S,d,和ε中任一参数发生变化时,电容量C也随之发生变化,通过测量电路就可以转换为电量输出。因此,电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型3种。
基恩士传感器分为可动极板,一般称为动片和固定极板,当动片因被测量变化引起移动时,就改变了两极板间的距离d,从而使电容量发生变化。设初始极距为d,则
若电容器极板距离由初始值d缩小Δd不是线性关系。但是,若时。则式可以简化为
此时,C与Δd近似为线性关系,所以变极距型电容式传感器只有在Δd/d很小时,才有近似的线性关系,一般最大位移应小于间距的1/10。
在实际应用中,为了改善非线性、提高灵敏度和减少外界干扰的影响,电容传感器常做成差动形式。
变面积型电容传感器
被测量变化导致动极板移动,引起两极板间有效覆盖面积S的变化,从而得到电容量的变化。当动极板相对于定极板沿着长度方向平移Δx时,其电容变化量化为
式中,C0=ε0εrba/d,为初始电容;a为极板长度;b为极板宽度;Δx为极板水平位移。可见ΔC与Δx间成线性关系。
当动极板有一个角位移θ时,与定极板间有效覆盖面积发生变化,从而改变了两极板间的电容量。当θ=0时有
式中,εr为介质相对介电常数;d0为两极板间的距离;S0为两极板间初始覆盖面积。
基恩士传感器电容量C与角位移θ间成线性关系。
变介电常数型电容传感器
基恩士传感器的介电常数为ε1,液面高度为h,传感器总高度为H,内筒外径为d,外筒内径为D,此时电容值为