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[资料] 电容位移传感器原理
2018-3-7 17:54:23  590 电容 位移 原理
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电容位移1.jpg
电容位移传感器原理
capaNCDT电容式位移传感器基于平板电容原理。电容的两极分别是传感器和与之相对的被测物体。如果有稳定交流电通过传感器,输出交流电的电压会与传感器到被测物体之间的距离成正比关系,从而可以通过测量电压的变化得到距离信息。

电容位移传感器是一种非接触电容式原理的精密测量仪器,具有一般非接触式仪器所共有的无磨擦、无损磨特点外,还具有信噪比大,灵敏度高,零漂小,频响宽,非线性小,精度稳定性好,抗电磁干扰能力强和使用操作方便等优点。

实际应用当中, 源于独特的磁屏蔽环设计,德国米铱的电容式传感器可以实现近乎完美的线性测量。但是,电容传感器要求探头到被测物体之间的电介质必须均匀恒定。测量系统对于测量范围内的电介质变化非常敏感。德国米铱的电容式位移传感器也可以用于绝缘体的测量,源于这些绝缘体会改变测量间隙内的介电常数。通过后续电路的调整,即使测量绝缘体,也可以得到几乎线性的信号输出。源于电磁转化过程,电容传感器可以测量所有金属。电容测量系统主要测量平板电阻的阻抗值,阻抗值与探头到被测物体之间的距离成正比。

传统电容式传感器,会从电极侧面散发磁力线。这中磁场会导致错误的测量结果。德国米铱的电容式传感器带有一个接地屏蔽环,可以有效减少侧面磁场和边界效应,从而得到更加准确的测量结果。从接地屏蔽环发出的磁力线不会影响测量结果。

高精度测量
电容式测量原理是几种精度最高的测量原理之一。但是问题是,如此微小的测量距离会导致测量信号变化同样微小。也就是说,在探头和被测物体之间仅有很少量的电子可以用来显示距离的变化。这意味着,如果有很小的漏电流或寄生电流流过探头到控制器的电路,也会影响测量结果的准确性。因此,探头到控制器之间的电缆需要特殊的双屏蔽电缆。这种特殊的,全封闭的RF电缆保证了高信号质量。双屏蔽电缆与接地磁屏蔽技术的使用,使高精度测量成为可能。

由于环境温度的改变,导致的被测物体导电性变化,对测量结果没有影响。电容式测量原理使传感器甚至可以在波动的温度环境下使用。德国米铱的电容传感器探头拥有非常复杂的内部结构。作为平板电容,可以根据客户的不同要求,将传感器安装在不同机械结构上。

德国米铱的 capaNCDT 电容式传感器是世界上最精确的位移传感器之一。分辨率可以达到纳米级别。

德国米铱的电容式传感器可以在更换探头时,无需重新校准。这无疑大大方便了客户。这使得不同量程的电容传感器和控制器可以简便的更换,而无需重新校准。更换一支传感器的时间仅仅为数秒,这比起市场上绝大部分传感器来说,是个巨大的优势。德国米铱还允许被测物体的非接触接地。如果同时使用两通道测量,例如厚度测量,必须同步两个通道的测量结果。被测物体则必须接地。对于capaNCDT系列测量系统,接地的工作由控制器完成。而该过程是自动完成的。

电容式测量原理特性:
采用电容式测量原理,需要洁净和干燥的环境,否则传感器探头和被测物体之间的物质介电常数的变化会影响测量结果。我们也推荐任何时候,都尽量缩短探头到控制器之间的电缆长度。对于标准设备,配备前置放大器,电缆长度设定为1m, (根据不同的模块选择,最长能到3m)。如果配备外置放大器,探头到控制器之间的电缆长度可以达到20m。

电容位移传感器一般用于需要很高精度的应用环境。他们被用于测量振动,振荡,膨胀,位移,挠度和形变等等测量任务。因此,电容式位移传感器经常被用作质量保证。

最新型的电容位移,分辨率可以达到纳米级别。源于超强的温度稳定性,在剧烈的温度波动情况下,电容式传感器是理想的选择。

应用案例:刹车盘检测
电容位移传感器的一个典型案例是测量刹车盘在受力的情况下的形变。为了得到更加接近真实刹车情况下的测量结果,刹车盘必须在极端情况下进行测试。

刹车盘以2,000rpm 的速度旋转,温度高达 600°C。只有具备高测量速度或者截止频率的测量手段,才可以不被由于高温导致的,被测物体磁性和导电性能的变化所影响。 传感器探头还要提供特别高的分辨率,因为刹车盘受力引起的形变低于100μm。而德国米铱提供的电容式位移传感器几乎满足所有该应用的需求,是理想的选择。


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