差動式電容傳感器原理:EPS傳感器系列(三):電位器式、電磁感應式、電容感應式、光電式傳感器工作原理

2022/04/10 11:07 · 傳感器知識資訊 ·  · 差動式電容傳感器原理:EPS傳感器系列(三):電位器式、電磁感應式、電容感應式、光電式傳感器工作原理已關閉評論
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差動式電容傳感器原理:EPS傳感器系列(三):電位器式、電磁感應式、電容感應式、光電式傳感器工作原理展開全文系列回顧:EPS傳感器系列(二):磁場檢測式傳感器工作原理EPS傳感器系列(一):EPS傳感器分類及介紹本系列上一篇文章主要介紹了磁場檢測式EPS傳感器的工作原理,本文

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差動式電容傳感器原理:EPS傳感器系列(三):電位器式、電磁感應式、電容感應式、光電式傳感器工作原理

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系列回顧:EPS傳感器系列(二):磁場檢測式傳感器工作原理EPS傳感器系列(一):EPS傳感器分類及介紹
本系列上一篇文章主要介紹了磁場檢測式EPS傳感器的工作原理,本文將繼續介紹其它類EPS傳感器的工作原理,具體包括:電位器式、電磁感應式、電容感應式和光電式傳感器。
一、電位器式
電位器式傳感器是一種接觸式傳感器,本文以BI公司sx4431-LH3產品為例進行說明:轉子部分由上下共三個電刷組成,定子部分是電阻基板,當轉子電刷與定子電刷感應器接觸時,觸發產生電信號對外輸出,見下圖1。
圖 1 電位器式傳感器
二、電磁感應式
電磁感應式傳感器利用電磁感應原理將被測非電量轉換成線圈自感系數L或互感系數M的變化,再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量輸出,見下圖2。
圖 2 電磁感應式傳感器工作原理
常用的電磁感應式傳感器有差動自感式與差動互感式兩種,具體介紹如下:1) 差動自感式差動自感式傳感器是把被測量變化轉換成自感L的變化,通過一定的轉換電路轉換成電壓或電流輸出,其結構見下圖3。
圖 3 差動自感式傳感器結構
自感系數表達式為:上式中N為線圈匝數,S為氣隙的有效截面積,μ0為真空磁導率,δ為氣隙厚度。當線圈匝數N為常數時,電感L僅是磁路中磁阻的函數L=f(δ,S),只要改變δ或S即可導致電感變化。其檢測原理見下圖4
圖 4 差動自感式傳感器檢測原理
1) 差動互感式差動互感式傳感器將被測的非電量轉換為線圈互感量的變化,其結構見圖5。
圖 5 差動互感式傳感器結構
差動互感式傳感器工作原理為:把被測位移量轉換為一次線圈與二次線圈間的互感量變化,擋一次線圈接入激勵電源后,二次線圈就將產生感應電動勢,當兩者間的互感量變化時,感應電動勢也響應變化。
互感系數表達式為:
0為真空磁導率,l為線圈長度。相關檢測原理見下圖6。
圖 6 差動互感式傳感器檢測原理
三、電容感應式傳感器
電容式傳感器由敏感元件和轉換元件為一體的、電容量可變的電容器和測量電路組成,其變量間的轉換關系原理如下圖7。
圖 7 電容感應式傳感器轉換原理
電容表達式為:0r為相對對介電常,S為極板面積,d為極板間距離。
在電容介質確定不變的情況下,C=f(S,d),通過改變極板面積或極板間距離均可實現電容C的變化,EPS常用的電容傳感器是變面積式電容傳感器,檢測原理見下圖8。
圖 8 變面積式電容傳感器檢測原理
四、光電式傳感器
光電式傳感器是基于光電效應的傳感器,在受到可見光照射后即產生光電效應,將光信號轉換成電信號輸出,見下圖9。
圖 9 光電式傳感器
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差動式電容傳感器原理:差動式電容傳感器優點

差動式電容傳感器優點:
1、差動電傳感器采用差動連接,能夠在機械位移很小時,輸出電變化內量與機械線位移容有很好的線性關系,精度很高。
2、由于電容極板間一般都是無機物,如空氣、石英等材料,不易受到強磁場干擾,穩定性好。
3、對于環境干擾,電磁吸引力、靜電引力有一定的補償作用,還能改善特性曲線的線性度。
4、差動式電容傳感器的靈敏度比單極式提高一倍,而且非線性也大為減小,同時還能減小靜電引力給測量帶來的影響,并能有效地改善由于溫度等環境影響所造成的誤差。
擴展資料:
1、差動式電容傳感器的結構
固定極板與水平儀底座和測量平面固定在一起,動極板由懸絲懸掛,當被測平面有一定傾角時,由于重力作用,動極板始終保持豎直狀態,與一固定極板的極距減小,而與另一極板極距增大,形成差動輸出,由于所測傾角變化極小,可認為動極板與固定極板始終平行。
2、差動式電容傳感器的主要用途
差動式電容傳感器可用來測量直線位移、角位移、振動振幅。尤其適合測溫、高頻振動振幅、精密軸系回轉精度、加速度等機械量。還可用來測量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測量電介質的濕度、密度、厚度等。
在小位移,荷重及振動測量方面有廣泛的應用。

1、差動電容傳感器之所以采用差動連接,是因為在機械位移很小時,輸出電容變化量與機械線位移有很好的線性關系,精度很高。
2、由于電容極板間一般都是無機物,如空氣、石英等材料,不易受到強磁場干擾,穩定性好。

為了提高傳感器的靈敏度,所以傳感器多做成差動形式。
差動電感傳感器:對于環境干擾,電磁吸引力、靜電引力有一定的補償作用,還能改善特性曲線的線性度。

差動式電容傳感器原理:差動電容傳感器的構造與普通電容器的構造有何區別?它有哪些優點?

電容式電感器的電容量 與真空介電常數 、極板間介質的相對介電常數 、極板有效面積 以及極板間的距離 有關,即

極板間介質的相對介電常數 、極板有效面積 以及極板間的距離 三個參數中任意一個發生變化時,會引起電容量的變化,可以通過測量電路轉化為電量輸出獲得變化情況。因此電容式傳感器可以分為變極距型、變面積型和變介質型。
題主問到的差動式電容傳感器就屬于變極距型電容式傳感器的一種,題主所提到的普通電容器應該指的是單極式變極距型電容式傳感器。
單極式變極距型電容式傳感器圖1 變極距型電容式傳感器原理圖
如上圖所示,當相對介電常數 、極板有效面積 為常數,初始極距為 ,則初始電容量 為

當動極板因被測量變化而向上移動減少距離為 時,電容量增大量為 ,則有
,電容相對變化量為
如果滿足 ,則可經級數展開成

簡化高次項后可以得到近似的線性關系和靈敏度 為

如果考慮線性項及二次項,則

則相對非線性誤差為
變極距型差動式電容式傳感器圖2 變極距型差動式電容式傳感器原理圖
如上圖所示,調整為差動式結構后,動極板位于兩個定極板中間。初始位置時 ,即兩邊初始電容相等。當中間的動極板向上有位移 時,兩邊極距為 , ,則電容總的相對變化量為
靈敏度 為
相對非線性誤差為
優點
由上式對比可以得知,差動式結構比普通單極式電容傳感器靈敏度提高一倍,非線性誤差極大減小。由于結構上的對稱性,差動式結構還可以有效補償溫度變化所造成的測量誤差。
以上。
尾聲
作為冷門話題區,“電力”/“電氣工程”下的專業問題活躍度較低,大部分問題都是在咨詢電力求職、轉行、放棄。
你的一個贊同和喜歡,是對我認真回答的認可與鼓勵。
電力話題相關問題回答 - Steven Yang的文章 - 知乎
Steven Yang:電力話題相關問題回答

差動式電容傳感器原理:電容式壓力傳感器

它由圓形薄膜與固定電極構成。薄膜在壓力的作用下變形,從而改變電容器的容量,其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀,膜片為周邊固定的張緊平面,膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測量低壓,并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積,以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起,以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式(即話筒式)和聽診器式等型式
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