电容位移传感器
更新时间：2011-05-27 21:40
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电容位移传感器工作原理以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。电容传感器的形式很多，常使用变极距式电容传感器和变面式电容传感器进行位移测量。(1).变极距式电容传感器一个电极板固定不变，称为固定极板，另一极板间距离d响应变化，从而引起电容量的变化。因此，只要测出电容量的变化量⊿ C，便可测得极板间
电容位移传感器工作原理
- 以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。电容传感器的形式很多，常使用变极距式电容传感器和变面式电容传感器进行位移测量。
(1).变极距式电容传感器
一个电极板固定不变，称为固定极板，另一极板间距离d响应变化，从而引起电容量的变化。因此，只要测出电容量的变化量⊿ C，便可测得极板间距变化量，即动极板的位移量⊿ d。变极距电容传感器的初始电容Co可由下式表达，即式中：ε--真空介电常数(8.85×10-12F/m) A--极板面积(m2) do--极板间距初始距离(m).传感器的这种变化关系呈非线性，当极板初始距离由do减少⊿ d时，则电容量相应增加⊿ C，即电容相对变化量⊿ C/Co为.由于，在实际使用时常采用近似线性处理，即此时产生的相对非线性误差γo为这种处理的结果，使得传感器的相对非线性误差增大.
为改善这种情况，可采用差动变极距式电容传感器，这种传感器的结构，如图5所示。它有三个极板，其中两个固定不动，只有中间极板可产生移动。当中间活动极板处于平衡位置时，即d1=d2=do，则C1=C2=Co，如果活动极板向右移动⊿ d,则d1=do-⊿ d,d2=do+⊿ d,采用上述相同的近似线性处理方法，可得传感器电容总的相对变化，为传感器的相对非线性误差γo为.不难看出，变极距式电容传感器改成差动之后，不但非线性误差大大减小，而且灵敏度也提高了一倍。
(2).变面积式电容传感器
图6是变面积式电容传感器结构示意图，它由两个电极构成，其中一个为固定极板，另一个为可动极板，两极板均成半圆形。假定极板间的介质不变(即电介质常数不变)，当两极板完全重叠时，其电容量为Co=⊿ A/d
当动极板绕轴转动一个α角时，两极板的对应面积要减小⊿ A，则传感器的电容量就要减小⊿ C。如果我们把这种电容量的变化通过谐振电路或其它回路方法检测出来，就实现了角位移转换为电量的电测变换。
电容式位移传感器的位移测量范围在1um-10mm之间，变极距式电容传感器的测量精度约为2%。变面积式电容传感器的测量精度较高，其分辨率可达0.3um。
电容位移传感器的技术指标
电容位移传感器的性能特点
电容位移传感器的使用方法
- 静态位移测量
1.频率校准
接好联线，将电极板拧入传感器探头头部，并使之远离物体，按下“校准”键，这时有电压输出，预热20分钟，调节“调零”旋扭，使输出回到零点。
2.安装传感器，调整初始间隙，进行测量
按下测量键，将传感器借助弹性夹套安装到磁表座（或用户自制专用夹具）上，使测量电极板端面接近被测物体的表面，平面或圆柱面，尽可能平行，球面尽可能对中，调整的初始间隙见表1（参考值），调整时有“+”电压输出，反时针转动传感器微调螺母，使测量间隙逐渐增大，输出电压会逐渐接近零点，借助“调零”旋扭细调，使输出精确为0，调整时有“—”电压输出，顺时针转动微调螺母，使测量间隙逐渐减小，输出电压会逐渐接近零点，测量即可开始。测量时，被测物体表面接近传感器，测量间隙减小，表示被测尺寸增加，输出为“+”电压，反之输出为“—”电压，仪器输出的“+、—”电压就是相对应量程的静态位移。
3.与通用仪表连接
仪器两种量程的满量程电压输出都是0—±5.0V（线性区），可与各种高输入阻抗仪表（计算机、、FFT波形分析处理等）联接。
振动测量
仪器测量振动位移时，其方法基本同静态位移测量相似，其中初始间隙的调整可在被测物体启动前进行，也可在启动后进行，被测物体启动后，仪器输出有直流电压和交流电压。直流电压是物体启动后的浮动位移，属静态位移；交流电压是物体启动后的相对应量程的振动位移。直流电压分量与交流电压分量无关。如果直流电压远离零点，应转动传感器微调螺母，使输出回到零点附近，以保证振动测量有满量程的线性工作范围。
