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电容式加速度传感器的工作原理及优缺点

编辑:北戴河实用电子技术研究所时间:2022-08-04

  电容式加速度传感器是一种转换器件,它利用各种类型的电容器作为传感元件,将被测的物理量或力学量转变为电容的变化。其实就是一个参数可变的电容器。电容式加速度传感器广泛用于测量位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等。常用的电容器是平行板电容器或圆柱形电容器。

  电容式加速度传感器的工作原理

  电容式加速度传感器使用各种类型的电容作为传感元件,测量的变化会导致电容的电容变化。通过测量电路,电容的变化可以转换成电信号输出。知道了电信号的大小,就可以判断出测量的大小。这就是电容式加速度传感器的基本工作原理。

  电容式加速度传感器的优势

  1.良好的温度稳定性

  电容传感器的电容值一般与电极材料无关,有利于选择温度系数低的材料,并且由于其发热极小,对稳定性影响不大。但电阻传感器有铜损,容易因发热产生零点漂移。

  2、结构简单

  电容式加速度传感器结构简单,制造容易,精度高,可以做得很小,实现一些特殊的测量。能在高温、强辐射、强磁场等恶劣环境下工作,能承受较大的温度变化、高压、高冲击、过载等。可以测量超高温低压差,也可以测量磁功。

  3.良好的动态响应。

  由于带电极板间的静电引力很小(约几个10(-5)N),电容式加速度传感器的作用能量极小,又由于其可动部分可以做得很小很薄,即质量很轻,所以其固有频率很高,动态响应时间短,可以工作在几MHz的频率,特别适合动态测量。由于其介质损耗低,能以较高的频率供电,所以系统的工作频率高。可用于测量高速变化的参数。

  4.非接触测量和高灵敏度。

  转轴的振动或偏心以及小滚珠轴承的径向游隙可以用非接触方式测量。采用非接触测量时,电容传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度对测量的影响。

  除了上述优点之外,电容式加速度传感器可以测量极低的压力、力、小加速度、位移等。因为它在带电板之间的静电引力很小,并且需要输入力和能量。它可以是比较灵敏的,具有高分辨率,并且可以感测0.01μm甚至更小的位移。由于空气等介质损耗低,差动结构接入桥式时产生的零残留小,所以允许电路进行高倍放大,使仪器具有高灵敏度。

  电容式加速度传感器的缺点

  1.输出阻抗高,负载能力差。

  无论是什么类型的电容传感器,由于电极板几何尺寸的限制,其电容都很小,通常为几十到几百皮法(pF),所以电容传感器的输出阻抗很高,可达~ω。由于输出阻抗大,输出功率低,负载能力差,容易受外界干扰影响,导致不稳定,严重时甚至无法工作。

  2.寄生电容影响很大。

  电容式加速度传感器的初始电容很小,但连接传感器和电子电路的引线电缆的电容、电子电路的杂散电容、电容极板和周围导体形成的电容等寄生电容很大。寄生电容的存在不仅降低了测量灵敏度,还会引起非线性输出。由于寄生电容随机变化,传感器处于不稳定的工作状态,影响测量精度。


电容式加速度传感器