Wie kapazitive Sensoren funktionieren
Kapazitive Sensoren verwenden verschiedene Arten von Kondensatoren als Sensorelemente. Aufgrund der Messwertänderung ändert sich die Kapazität des Kondensators. Durch die Messschaltung kann die Kapazitätsänderung in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden. Durch Messen der Größe des elektrischen Signals kann die gemessene Größe beurteilt werden. Dies ist das grundlegende Arbeitsprinzip kapazitiver Sensoren.
Vorteile kapazitiver Sensoren
1. Gute Temperaturstabilität
Der Kapazitätswert des kapazitiven Sensors ist im Allgemeinen unabhängig vom Elektrodenmaterial, was der Auswahl von Materialien mit niedrigen Temperaturkoeffizienten förderlich ist, und hat aufgrund seiner sehr geringen Wärmeentwicklung wenig Einfluss auf die Stabilität. Der Widerstandssensor weist Kupferverluste auf, wodurch aufgrund der Wärmeerzeugung leicht eine Nulldrift erzeugt werden kann.
2. Einfache Struktur
Der kapazitive Sensor hat eine einfache Struktur, ist leicht herzustellen und gewährleistet eine hohe Genauigkeit und kann sehr klein gemacht werden, um einige spezielle Messungen zu erreichen; Es kann in rauen Umgebungen wie hohen Temperaturen, starker Strahlung und starken Magnetfeldern arbeiten und großen Temperaturänderungen standhalten, hohem Druck, hohen Stößen, Überlastung usw. standhalten. kann ultra-hohe Temperatur- und niedrige Druckunterschiede messen und kann auch magnetische Arbeit messen.
3. Gute dynamische Reaktion
Aufgrund der geringen elektrostatischen Anziehung zwischen den Elektrodenplatten (etwa einige 10(-5)N) benötigt der kapazitive Sensor sehr wenig Energie, und sein beweglicher Teil kann sehr klein und dünn gemacht werden, d. h. die Masse ist sehr gering Licht, daher ist seine Eigenfrequenz hoch, die dynamische Reaktionszeit kurz und es kann mit Frequenzen von mehreren Megahertz arbeiten, was besonders für dynamische Messungen geeignet ist. Und aufgrund seines geringen dielektrischen Verlusts kann es mit einer höheren Frequenz betrieben werden, sodass das System mit einer hohen Frequenz arbeitet. Es kann verwendet werden, um sich schnell ändernde Parameter zu messen.
4. Berührungslose-Messung und hohe Empfindlichkeit
Berührungslose-Messung von Schwingungen oder Exzentrizität von rotierenden Wellen, Radialspiel kleiner Kugellager usw. Bei der berührungslosen-Messung hat der kapazitive Sensor einen Mittelungseffekt, der den Einfluss von reduzieren kann die Oberflächenrauheit des Werkstücks auf der Messung.
In addition to the above advantages, capacitive sensors can measure extremely low pressure, force, and small acceleration, displacement, etc. It can be made very sensitive, with high resolution, and can sense displacements of 0.01μm or even smaller. Due to its small loss of medium such as air, the zero residual generated when the differential structure is connected in a bridge type is small, so the circuit is allowed to perform high magnification amplification, so that the instrument has high sensitivity.
Nachteile kapazitiver Sensoren
1. Hohe Ausgangsimpedanz und schlechte Belastbarkeit.
No matter what type of capacitive sensor, limited by the geometric size of the electrode plate, its capacitance is very small, generally tens to hundreds of picofarads (pF), so the output impedance of the capacitive sensor is very high, up to Ω. Due to the high output impedance, the output power is small, the load capacity is poor, and it is easily affected by external interference and causes instability, and even cannot work in severe cases.
2. Die parasitäre Kapazität hat einen großen Einfluss.
Die Anfangskapazität des kapazitiven Sensors ist sehr klein, während die Kapazität des Zuleitungskabels, das den Sensor und die elektronische Schaltung verbindet, die Streukapazität der elektronischen Schaltung und die durch die kapazitive Platte und die umgebenden Leiter gebildete Kapazität relativ groß sind. Das Vorhandensein einer parasitären Kapazität verringert nicht nur die Messempfindlichkeit, sondern verursacht auch ein nichtlineares Ausgangssignal. Da sich die parasitäre Kapazität zufällig ändert, befindet sich der Sensor in einem instabilen Arbeitszustand, was die Messgenauigkeit beeinträchtigt.