为什么电感式传感器响应速度慢而电容式传感器反应快?

2023-01-24 11:21:31 文章来源 :网络 围观 : 评论
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为什么电感式传感器响应速度慢而电容式传感器反应快?

  

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为什么电感式传感器响应速度慢而电容式传感器反应快?

  电容式传感器是将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容变化量的一种传感器。实际上,电容传感器本身(或和被测物》就是一个可变电容器。电容式传感器具有一系列突出的优点,如结构简单,体积小,适应性强,温度稳定性好,动态响应好,可以实现非接触测量,其有平均效应等。

  电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量,而且还逐步扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。电容式传感器的缺点主要是寄生电容影响较大,用变极距型电容式传感器进行测量时具有非线性。

  寄生电容是指连接电容极板的导线电容和传感器本身的泄漏电容。它不但降低了测量灵敏度,而且引起非线性物出,有时可使传感器处于不稳定的工作状态。

  随着材料、工艺、测量电路及集成电路技术的提高,电容式传感器的缺点将不断得到克服,使其优点得以充分发挥。

  一、电容式传感器的优点

  与电阻式、电感式等传感器相比,电容式传感器具有以下一些优点。

  1、温度稳定性好

  电容式传感器的电容值一般与电极材料无关,仅取决于电极的几何尺寸,且空气等介质损耗很小,其他因素影响甚微(因本身发热极小)。而电阻式传感器有电阻,工作时会产生大量热量,不仅损失能量,而且造成元件发热,缩短了使用寿命。

  2、结构简单,适应性强

  电容式传感器结构简单,易于制造,能在高低退、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作,适应能力强,尤其可以承受很大的温度变化,在高压力、高冲击、过载等悄况下都能正常工作,能测超大量的高压和低压差,能对带进工件进行测量。此外,为实现某些特殊要求的测量还可以把传感器的体积做得很小。

  3、动态响应好

  电容式传感器由于极板间的静电引力很小,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,能在几兆赫的颇率下工作,特别适合动态测量。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,可用于测量高速变化的参数,如测量振动、瞬时压力等。

  4、可以实现非接触测量,具有平均效应

  当被测件不允许接触测量时,电容式传感器可以进行非接触测量。这种情况下,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。

  电容式传感器除上述优点之外,还因带电极板间的静电引力极小,因此所需输入能量极小,特别适宜低能量输入的测量,例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很灵敏,分辨力非常高,能感受。0.Olmm甚至更小的位移。

  二、电容式传感器的缺点

  1、输出阻抗高,负载能力差

  电容式传感器的容盆受其电极几何尺寸等限制一般做得不大(为几十到几百皮法,使传感器的输出阻抗很高。因此电容式传感器负载能力差,易受外界干扰影响而产生不稳定现象,严重时甚至无法工作,必须采取屏蔽措施。容杭大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高(几十兆欧以上),否则绝缘部分将作为旁路电阻而形响传感器的性能(如灵敏度降低),为此还要特别注意周围环境(如温湿度、清洁度等)对绝缘性能的影响。高频供电虽然可降低传感器的输出阻抗,但放大、传箱远比低频时复杂,且寄生电容形响加大,难以保证工作稳定。

  2、寄生电容影响大

  电容式传感器的初始电容最很小,而其引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大,这不仅降低了传感器的灵敏度,而且这些电容(如电缆电容)常常是随机变化的,将使传感器的工作很不稳定,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、接法等都有严格的要求。

  3、输出特性非线性

  变极距型电容传感器的输出特性是非线性的,虽可采用差动结构来改善,但不可能完全消除。其他类型的电容传感器只有忽略了电场的边缘效应时,输出特性才呈线性;否则边缘效应所产生的附加电容址将与传感器电容址直接处加,使输出特性非线性。

  随着材料、工艺、电子技术,特别是集成电路的高速发展,电容式传感器的优点将得到发扬而缺点会不断得到克服,电容式传感器正逐渐成为一种高灵敏度、高梢度,在动态、低压及一些特殊测量方面大有发展前途的传感器。

  因为电容式传感器可以分为变间距,变面积和变介质类型。总的来讲,可以用于更多被测材质。而电感式传感器只能用于金属被测物体。另一个层面,电容传感器需要确保被测环境没有污染,如灰尘,油污和水,应为这些因素会改变介电常数,从而改变测量结果。

  而电感式传感器对上述因素无感,可以放心用。 另外电容传感器精度相对也高一些,但是测量频率可能会稍低。电感式传感器的只检测金属元件,但电容的传感器检测塑料和金属两种元件 。

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