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电容传感器
电容传感器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。
电容传感器的工作原理
由两块平行板组成一个电容器,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电常数,ε=ε0εr,其中ε0为真空介电常数(ε0=8.85x10-12F/m),εr为极板间介质的相对介电常数;S为两平行板所覆盖的面积;d为两平行板之间的距离。
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。下图所示为常用的电容传感器的结构形式。其中,图(b),(c),(d),(f),(g)和(h)为变面积型,图(a),(e)为变极距型,而图(i)~(l)为变介电常数型。

电容位移传感器
电容型位移传感器,基于平板电容的原理,探头面和接地的被测面间建立电场,电容值反比与探头面和被测面间的距离,电容型传感器是一种不接触式的传感器,因此,没有机械载荷,无磨损等优点,而且由于无接触的特点,该类型传感器可以用于振动和高速生产线的应用。

C -电容
D -探头面和被测面间的距离
ε -介电常数
A -探头面积
K -介电常数比例系数(K=1,空气中)
优点
1、测量范围,可达50μm~2000μm之间;
2、精度高,可达量程范围的0.05%;
3、分辨率高,可达量程范围的0.000075%,最高可达0.0375nm;
3、频响快,可达20kHz(-3dB);
4、温度稳定性好,5ppm,可以使用于极端环境中,温度范围-269℃~650℃,磁场范围<2T,真空范围10~7Torr;
电容位移传感器应用
位置感应,是最普遍的应用之一,高的线性响应和低输出相位差让该类传感器非常适合于静态或者动态反馈的定位应用中。
动态测量,非接触式的传感器适合于测量运动的目标,具有高响应性,带宽可达20KHz,适应与高速应用领域中。
厚度测量,典型的采用双探头厚度测量方式,探头间距G设定常数,厚度T = G -(A+B), 此外,也可以采用单探头与参考面组合的方式,此时待测物厚度正比于探头表面与待测物表面的距离。

如下,示意图简洁的描述了电容型位移传感器的各种应用场景:

巅慧科技-电容位移传感器CAP-PC

作为超精密传感的核心部件,可集成在微纳定位产品中,作为测距或测角传感器使用;也可以作为独立测量元件。




