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由物理学知识可知,在忽略边缘效应的情况下,平板电容器的电容量为
式中,
ε——极板间介质的相对介电系数,在空气中,ε=1;
A——极板的重合面积,m²;
δ——两平行极板间的距离,m。
上式表明,当被测量δ,A或ε发生变化时,都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变,仅改变另一个参数,就可以把该参数的变化变换为单一电容量的变化,再通过配套的测量电路,将电容的变化转换为电信号输出。根据电容器参数变化的特性,电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种,其中极距变化型和面积变化型的应用较广泛。
电容传感器有如下一些特点:
①结构简单;
②动作时需要能量低,由于带电极板间静电吸引力很小(约几个
③动态特性好,电容传感器的相对变化量只受线性和其它实际条件的限制,如果使用高线性电路时,电容变化量可达100%或更大;
④自然效应小;
⑤动态响应快以及能在恶劣的环境下工作。但由于电容传感器的初始电容较小,受引线电容、寄生电容的干扰影响较大;另一方面电容传感器输出特性为非线性。
用电测法测量非电学量时,首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。通常非电学量变换成电学量的元件称为变换器;根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器,而被测的力学量(如位移、力、速度等)转换成电容变化的传感器称为电容传感器。
Setra 压力传感器的工作原理 ...
按被测物理量划分的传感器,常见的有:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为: 1.电学式传感器电学式传感...
电感式传感器通过电磁感应原理测量被测物,当输入物理量改变时,会转换成自感系数或互感系数的变化,再转换为电压或电流的变化,从而实现对被测物的测量,电涡流属于互感式。电容传感器主要是通过将输入量的变化转换...
电容传感器可以直接测量的非电量为:直线位移、角位移及介质的几何尺寸(或称物位),直线位移及角位移可以是静态的,也可以是动态的,例如是直线振动及角振动。用于上述三类非电参数变换测量的变换器一般说来原理比较简单,无需再作任何预变换。
用来测量金属表面状况、距离尺寸、振幅等量的传感器,往往采用单极式变间隙电容传感器,使用时常将被测物作为传感器的一个极板,而另一个电极板在传感器内。近年来已采用这种方法测量油膜等物质的厚度。这类传感器的动态范围均比较小,约为十分之几毫米左右,而灵敏度则在很大程度上取决于选材、结构的合理性及寄生参数影响的消除。精度达到0.1μm,分辨力为0.025μm。可以实现非接触测量,它加给被测对象的力极小,可忽略不计。
测物位的传感器多数是采用电容式传感器作转换元件。电容式传感器还可用于测量原油中含水量、粮食中的含水量等。
当电容传感器用于测量其他物理量时,必须进行预变换,将被测参数转换成d,S或ε的变化。例如在测量压力时,要用弹性元件先将压力转换成d的变化。
油液的污染形式通常是金属磨粒、氧化物、油泥、结碳、水分、沉淀物、燃油以及氢、氯、热、电、空气等造成的污
染。油液污染后其物理或化学性能都会生变化,根据介电常数的变化,便可综合测定在用油的总体污染程度和质量。
本传感器采用电容式测量方法,可以在线准确测定润滑油的污染程度,包括氧化程度、含水量和其它机械化学杂质污染度,从而精确测定润滑油质量,判定是否需要更换润滑油,即可节约油料,又能预测设备故障,是设备润滑油管理中改变传统的按期换油,实现按质换油的关键部件。本传感器采用螺纹连接,体积小,重量轻,结构可靠,是理想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、传输和控制功能。
本传感器采用电容式测量方法,在线检测各种工作机械的液压、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。监视循环油系统是否存在泄漏,如水冷却器等。监视工作机械的密封元件是否损坏,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关键部件。本传感器采用螺纹连接,体积小,重量轻,结构可靠,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很好的防水防尘性能。可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。是理想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、连续、实时的检测各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、传输和控制功能。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
有多种测量电容的方法。但只有运算电容法适合自动在线测量。应用中使用较多的有直流充放电法和交流法。从信号处理过程来看,充放电法与交流法并无本质区别。
充放电法的信号处理流程如图1.
交流法的信号处理流程如图2.
因此,可以将两个电路统一起来。信号流程图如图3.
相控整流电路对输入噪声信号的频谱产生搬移的作用。低频噪声成分被搬移到高频段,高频噪声成分被搬移到低频段。
相控整流输出的信号将被送入到低通滤波器中处理。输出噪声信号中的高频成分将被滤除掉。因此,相控整流电路输入信号中的低频噪声不会对最终测量结果产生影响。而(2n-1)fc附近的噪声将被搬移到低频出,影响最终测量结果。
为使测量电路有较高的分辨率,应使输入到相控整流电路的信号有较大的幅度,并有较高的信噪比。
前级放大电路,不但将信号放大,同时也引入了噪声。放大电路引入的噪声是由放大电路本身决定的。信号经过一级处理电路后,将加入固定幅度的噪声。因此,在输出信号幅度一定时,信号的信噪比与信号的平均值成正比。
充放电法,在施加方波激励时,交流放大输出的是窄脉冲,信号占空比很低。因此,信噪比也很低。其次,放大脉冲信号要较大的带宽,高次谐波两侧的噪声也将被相控整流器搬移到低频段,加大了低频噪声。
交流法,使用单频率正弦信号作为激励。信号平均值大,因而能得到较高的输出信噪比。同时,由于所处理的信号为单一频率正弦信号,可以使用窄带带通放大器,减小放大器引入的噪声,进一步输出信号的信噪比。
交流法测量变换电路可以得到更高的分辨率。而电路结构并不会比充放电法复杂。因此选用交流激励信号来构成本测量系统。
激励电路输出固定频率的正弦波。要求正弦波频率、幅度、相位恒定,便于同后级相控整流驱动信号同步,便于在大范围内调整与相控整流驱动信号的相对相位。
本设计中,使用高精度、低噪声基准稳压源保证生成的脉冲信号幅度的稳定。使用温补振荡器产生高频高稳定度的信号,通过分频得高频率稳定度、低相位抖动的到控制信号。然后经过带通滤波放大得到激励信号输出。
理想的电压基准源应该是内阻为零,不论电流是流进去还是流出来,都应当保持输出电压恒定。内阻为零的基准源是不存在的,然而内阻只有毫欧数量级的基准源是可以做得到的。基准源的工作原理、参数和选择方法,对于系统设计是一个颇为重要的因素。
为了提高电容传感器的灵敏度、减小界干扰、寄生电容及漏电的影响和减小线性误差,可采用以下措施:
①由于当d减小时可使电容量加大从而使灵敏度增加,但d过小容易引起电容器击穿,一般可以在极板间放置云母片来改善;
②提高电源频率;
③用双层屏蔽线,将电路同电容传感器装在一个壳体中,可以减小寄生电容及外界干扰的影响。 解读词条背后的知识
变面积型电容传感器 (2)
变面积型电容传感器 (2)
一、型号类别
物料名称 代号 测量范围 包含类别
AT1151/AT33511 传感器 2E 0-0.125KPa-1.49KPa DR
AT1151/AT33511 传感器 3E 0-1.24KPa-6.22KPa GP DP
AT1151/AT33511 传感器 4E 0-6.22KPa-37.29KPa GP DP HP AP
AT1151/AT33511 传感器 5E 0-31.08KPa-186.45KPa GP DP HP AP
AT1151/AT33511 传感器 6E 0-117.21KPa-689.48KPa GP DP HP AP
AT1151/AT33511 传感器 7E 0-345KPa-2068KPa GP DP HP AP
AT1151/AT33511 传感器 8E 0-1170KPa-6890KPa GP DP AP
AT1151/AT33511 传感器 9E 0-3450KPa-20680KPa GP
AT1151/AT33511 传感器 0E 0-6890KPa-41370KPa GP
备注:DR(微差压)、GP(压力)、DP(差压)、HP(高静压)、AP(绝压)
.二、性能指标要求:
类型名称 量程代码 精度 过载或静压 静压影响 工作温度 温度影响
AT1151/AT33511DR微差压 2E 0.25% 7Mpa 静压7MPa ±1% -40~104℃ Z:±0.25%/28℃ A:±0.75%/28℃AT1151/AT33511DP差压 3E 14Mpa 静压14MPa ±0.5% Z:±0.5%/55℃ A:±1.0%/55℃
4E~5E ±0.25% Z:±0.25%/55℃A:±0.5%/55℃
6E~8E ±0.5%
AT1151/AT33511HP高静压 4E~7E 31.2Mpa 静压31.2MPa ±0.2%
AT1151/AT33511 GP压力 3E~0E 量程≤7Mpa:14Mpa
量程≤14Mpa:42Mpa
量程≤14Mpa:52Mpa
AT1151/AT33511AP绝压 4E~8E 过载14Mpa静压14MPa
三、耐疲劳性(输出1-5V):符合以下标准
膜盒型号 2E 3E 4E 5E 6E~7E
疲劳压力 6KPa 6KPa 36KPa 180KPa 600KPa
根据被测参数的变化分:
(1)变极距型电容传感器(d) | |
(2)变面积型电容传感器(A) | |
(3)变介质型电容传感器(ε) |
如图:
目 的:
提高灵敏度
减小非线性误差
根据被测参数的变化分:
(1)变极距型电容传感器(d)
(2)变面积型电容传感器(A)
(3)变介质型电容传感器(ε)
如图:
变面积型电容传感器
如图:
变电介质型电容式传感器
如图:
变介质型电容式传感器
如图:
如图:
目的:
提高灵敏度
减小非线性误差