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1、 电容式传感器 把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极构成、极间以空气为介质的电容器(见图)。若忽视边沿效应,平板电容器的电容为Sd，式中为极间介质的介电常数,S为两极板互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。d、s、 三个参数中任一种的变化都将引起电容量变化,并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和多种介质的
2、温度、密度、湿度的测定。一、工作原理：电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极构成,在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2eL/n/d,式中为两筒互相重叠部分的长度；D为外筒电极的直径;d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。在实际测量中D、e是基本不变的,故测得即可懂得液位的高下,这也是电容式传感器具有使用以便,构造简朴和敏捷度高，价格便宜等特点的因素之一。二、电容传感器的测量范畴：1、 10型精密电容位移传感器。本传感器可以在线检测压电微位移、振动台，电子显
3、微镜微调，天文望远镜镜片微调,精密微位移测量等。该传感器是一种单一的通道，高性能线性位移测量系统,创新的电容位移测量技术,提供了纳米测量能力，成本低,适合测量任何导电目的。2、S-C型在线电容式水分检测传感器。在线检测多种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率,特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮 机、船舶机械。 监视循环油系统与否存在泄漏,如水冷却器等。 监视工作机械的密封元件与否损坏,引起外部水渗入。 监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响。,从而精确测定润滑油质量,预测设备故障，是设备润滑油管理中的核心部件。本传感器采用螺纹连差动式电容测厚传感器接，体积小,重量
4、轻，构造可靠，测量精度高,工作稳定,具有较强的抗电磁干扰性能。封闭型不锈钢制外壳具有较好的防水防尘性能。可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。是抱负的在线水分检测传感器。该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连,在线、持续、实时的检测多种低水分油品的含水率。直接显示，远程控制和报警。实现数据存储,积算、传播和控制功能。普遍应用于大中型机械联动机组的液压、润滑循环系统 例如:高线轧机和板带轧机润滑油系统、板带轧机和棒线轧机液压传动系统、汽轮发电机组润滑系加速度传感器统、造纸机组润滑系统、船舶机械润滑系统、燃料油库。粘度计，污染度，湿度计电容式传感器3、 -C型电容式润滑油实时在线监测传感器。本
5、传感器可以在线精确测定润滑油的污染限度，涉及氧化限度、含水量和其他机械化学杂质污染度，从而精确测定润滑油质量，鉴定与否需要更换润滑油,即可节省油料,又能预测设备故障，是设备润滑油管理中变化老式的按期换油,实现按质换油的核心部件。本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻,构造可靠，是抱负的在线润滑油检测传感器,可普遍应用于各类大型动力机械，轴承,齿轮箱,泵机和汽轮机的润滑油检测质量实时检测中。该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连,实现数据存储,积算、传播和控制功能。电容式压力传感器4、电容式压力传感器5、加速度传感器6、差动式电容测厚传感器三、特点优势电容式传感器与电阻式、电感式等传感器相比
6、有如下某些长处：()高阻抗、小功率,因而所需的输入力很小,输人能量也很低。电容式传感器因带电极板 间静电引力极小（约几种10-N),因此所需输入能量极小,因此特别合合用来解决输入能量低的 测量问题，例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很敏捷,辨别力非常髙,能 感受0.01m甚至更小的位移。（）温度稳定性好。传感器的电容值一般与电极材料无关,有助于选择温度系数低的材料， 又因自身发热极小,对稳定性影响甚微。()构造简朴,适应性强,待测体是导体或半导体均可,可在恶劣环境中工作。电容式传感 器构造简朴,易于制造，可做得非常小巧,以实现某些特殊的测量；能工作在高下温、强辐射及强 磁场
7、等恶劣的环境中，也能对带有磁性的工件进行测量。(4）动态响应好。由于极板间的静电引力很小,可动部分做得很小很薄,因此其固有频率很 高,动态响应时间短,能在几兆赫的频率下工作，特别适合动态测量,如测量振动、瞬时压力等。(5)可以实现非接触测量,具有平均效应。例如非接触测量回转轴的振动或偏心、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,可以减小工作表面粗糙 等对测量的影响。四、局限性之处电容式传感器存在的局限性之处如下:(1)输出阻抗高,负载能力差。()寄生电容影响大。电容式传感器的初始电容量很小,而传感器的引线电缆电容(lm2导线可达80 pF）、测量电路的杂散电容以
8、及传感器极板与其周边导体构成的电容等“寄生电容”却较大,这一方面降低了传感器的敏捷度;另一方面这些电容(如电缆电容)常常是随机变化的,将使传感器工作不稳 定，影响测量精度,其变化量甚至超过被测量引起的电容变化量,致使传感器无法工作。因此对 电缆的选择、安装、接法都要有规定。为减小电缆分布电容影响，可将电子线路的前级装在离传感器敏感部分很近的地 方，或采用所谓“双层屏蔽等电位传播技术”，又称“驱动电缆”技术。这种措施的基本思路 是：连接电缆采用内外双层屏蔽,使内屏蔽层 与被屏蔽的导线电位相似,因而两者之间没 有容性电流存在,这样使引线与内屏蔽之间的电缆电容不起作用,外屏蔽仍被接地而对外界电场起屏
9、蔽作用,其原理如图5 -5所 示。外屏蔽接地后，对地之间电容将成为：放大器的负载,它也与电容式传感器的电容无关。这样无论电缆形状和位置如何变化，都不会对传感器的工作产生影响。驱动电缆原理图实验证明:采用驱动电缆技术，虽然电容式传感器电容较小，在传播电缆长达1m时,传感 器仍能较好地工作。两点注意：工作频率等于或接近谐振频率时，谐振频率破坏了电容的正常作用。因此,工作频率应当先择低于谐振频率。电容式传感器的有效电容除与位移有关外,还与角频率有关。因此,在实际应用时必须与标定的条件（）相似。五、优缺陷电容式传感器的长处是构造简朴，价格便宜，敏捷度高,零磁滞,真空兼容，过载能力强,动态响应特性好和对
10、高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺陷是输出有非线性,寄生电容和分布电容对敏捷度和测量精度的影响较大,以及联接电路较复杂等。六、 电容传感器的发张趋势：0年代末以来,随着集成电路技术的发展,浮现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小,使其固有的缺陷得到克服。电容式传感器是一种用途极广,很有发展潜力的传感器。典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。当薄膜受压力作用时，薄膜会发生一定的变形,因此，上下电极之间的距离发生一定的变化,从而使电容发生变化。但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系,因此，要用品有补偿功能的测
11、量电路对输出电容进行非线性补偿。七、总结本文重要简介了电容传感器的某些有关知识和特点,并列举了某些应用。从这些应用中我们可看见光电传感器无限的发展前景。光电传感器在科学技术领域,工农业生产以及平常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的规定越来越高是其发展的强大动力，突飞猛进的代科学技术则为其提供了坚强的后盾,我们相信在不懈的摸索中,光电传感器的应用定会有新的奔腾。参照文献1曾光奇,胡均安，卢文祥.工程测试技术基本M.武汉：华中科技大学出版社唐守锋,童敏.检测与转换技术M.徐州：中国矿业大学出版社,.3张正伟传感器原理与应用北京:中央广播电视大学出版社,19王元庆.新型传感器原理及应用M北京:机械工业出版社，陈杰,黄鸿传感器与检测技术.北京:高等教育出版社,.6张珣，周杰杭州电子科技大学电子信息学院.杭州,001陈杰.传感器与检测技术：高等教育出版社
