Kako delujejo kapacitivni senzorji
Kapacitivni senzorji uporabljajo različne vrste kondenzatorjev kot elemente za senzorje. Zaradi spremembe izmerjene vrednosti se bo spremenila kapacitanca kondenzatorja. S pomočjo merilnega tokokroga lahko spremembo kapacitance pretvorimo v izhod električnega signala. Z merjenjem magnitude električnega signala je mogoče oceniti izmerjeno magnitudo. To je osnovno delovno načelo kapacitivnih senzorjev.
Prednosti kapacitivnih senzorjev
1. Dobra temperaturna stabilnost
Kapacitacivna vrednost kapacitivnega tipala je na splošno neodvisna od elektrodnega materiala, kar je posebej naklonjeno izbiri materialov z nizkotemperaturnim koeficientom, zaradi zelo majhne proizvodnje toplote pa je stabilnost malo prizadeta. Senzor odpornosti ima izgubo bakra, kar je zaradi proizvodnje toplote enostavno ustvariti nič drifta.
2. Preprosta struktura
Kapacitivni senzor ima preprosto strukturo, je enostaven za izdelavo in zagotavlja visoko natančnost, in se lahko zelo majhna, da bi dosegli nekaj posebnih meritev; lahko deluje v ožjih okoljih, kot so visoka temperatura, močno sevanje in močna magnetna polja, in lahko prenese velike temperature Spreminjanje, prenese visok tlak, visok vpliv, preobremenitev itd.; lahko meri ultra visoko temperaturo in nizkotlačno razliko, lahko pa tudi meri magnetno delo.
3. Dober dinamični odziv
Zaradi majhne elektrostatske privlačnosti med elektrodnimi ploščami (približno nekaj 10^(-5)N) kapacitivni senzor zahteva zelo malo energije, in ker je njegov premični del lahko narejen zelo majhen in tanek, torej masa Je zelo lahka, zato je njegova naravna frekvenca visoka, dinamični odzivni čas je kratek, in lahko deluje na frekvencah več megahertz, ki je še posebej primeren za dinamične meritve. In zaradi svoje majhne dielektrične izgube se lahko napaja na višji frekvenci, tako da sistem deluje na visoki frekvenci. Uporablja se lahko za merjenje hitro spreminjajočih se parametrov.
4. Merjenje brez stika in visoka občutljivost
Ne-kontaktna meritev vibracij ali ekscentričnost vrtečega se gredi, radialni očistek malih kroglični ležaji itd. Ko se uporablja ne-kontaktna meritev, ima kapacitivni senzor pomanjševalni učinek, kar lahko zmanjša vpliv površinske hrapavosti obdelovanja na merjenje.
Poleg zgoraj navedenih prednosti lahko kapacitivni senzorji merijo izjemno nizek tlak, silo in majhen pospešek, izselitev itd. Lahko je zelo občutljiv, z visoko ločljivostjo, in lahko čuti premike 0,01μm ali še manjše. Zaradi majhne izgube medija, kot je zrak, je ničelni ostanki, ki nastanejo, ko je različna struktura povezana v tip mostu, zelo majhna, tako da je tokokrogo dovoljeno izvajati visoko povečavo ojačitev, tako da instrument ima visoko občutljivost.
Slabosti kapacitivnih senzorjev
1. Visoka izhodna impedanca in slabo nosilnost.
Ne glede na to, kateri tip kapacitivnega tipala, omejen z geometrijsko velikostjo elektrodne plošče, je njena kapacitanca zelo majhna, na splošno deset do več sto pikofaradov (pF), zato je izhodna impedanca kapacitivnega tipala zelo visoka, do ~Ω. Zaradi visoke izhodne impedance je izhodna moč majhna, nosilnost je manjša, na to lahko vplivajo zunanje motnje in povzročijo nestabilnost, v hudih primerih pa celo ne morejo delati.
2. Parazitska kapacitanca ima velik vpliv.
Začetna kapacitanca kapacitivnega senzorja je zelo majhna, medtem ko je kapacitanca svinčnega kabla, ki povezuje senzor in elektronski vezje, zategnjena kapacitanca elektronskega vezja, kapacitanca, ki jo tvori kapacitivna plošča in okoliški vodniki, razmeroma velika. Obstoj parazitske kapacitance ne zmanjšuje le merilne občutljivosti, ampak povzroča tudi nelinearo izhod. Ker se parazitska kapacitanca naključno spreminja, je senzor v nesprejemljivem delovnem stanju, kar vpliva na natančnost meritev.