負離子檢測儀負離子測試儀的檢測原理

空氣離子測量儀是測量大氣中氣體離子的儀器,它可以測量空氣離了的濃度,分辨離子正負極性,并可依離子遷移率的不同來分辨被測離子的大小。一般采用電容式收集器收集空氣離子所攜帶的電荷,并通過一個微電流計測量這些電荷所形成的電流。測量儀走要包括極化電源、離子收集器、微電流放大器和直流供電電源四部分。

根據(jù)收集器的結構不同,主流負離子檢測儀可以劃分為平行板式和Gerdien 冷凝器式/雙重圓筒軸式兩種類型。

1.   Ebert式/平行電板式離子檢測儀

平行電板式離子檢測儀是目前低端空氣離子檢測儀比較常用的一種方法。A跟B是一組平行的且相互絕緣的電極，B極頂端邊著一個環(huán)形雙極電極，空氣通過右下角的風扇吸入，空氣中的負離擊打A/B電極放電，電荷傳導到E環(huán)形電極形成自放電，放電信號被記錄，從而可對空氣中正、負離子數(shù)量及大小進行測量。

這種檢測儀技術上比較成熟，造價成本也比較低，但是易受外部環(huán)境影響，另外這種結構自身的弱點容易導致電解邊緣效應，容易造成氣流湍流，造成檢測結果偏移較大。

2.   Gerdien 冷凝器式/雙重圓筒軸式

雙重圓筒軸式離子檢測儀是目前中空氣離子檢測儀成熟的一種方法。整體結構由3個同心圓筒組成，外圍筒身及內(nèi)軸為電極，空氣通過圓筒時，離子撞擊筒身跟軸產(chǎn)生放電，放電信號被記錄，從而可對空氣中正、負離子數(shù)量及大小進行測量。

這種檢測儀技術上已非常成熟，但由于內(nèi)部復雜的結構及控制，造價成本高昂，這種結構可以有效解決平行電板式結構固有的電解邊緣效應，同時圓筒本身的結構及特殊的進氣方式可以保持氣流通過的平順性，對離子數(shù)量及大小的檢測精確性有極大提高。

AIC-1000和KEC900這兩種是采用平行電極板的測試原理,這兩種優(yōu)點是價格便宜,屏幕顯示,缺點是他們的漂移率高.AIC-1000是上9V干電池供電沒有導出數(shù)據(jù)接口.KEC900兩種電源供電模式,有數(shù)據(jù)導出接口目前只能配記錄儀導出電壓信號來做數(shù)據(jù)分析,KEC900 9V直流比較費電池.

    TZRH-3200PRO這款是采用高貴的圓桶電容器法,內(nèi)部有溫度和濕度傳感器,雙向電源,電池是內(nèi)部可充電電池,充電可以使用7個小時左右,帶分析軟件,可以和電腦連接時時導出數(shù)據(jù).測量漂移率比較低.

電容式傳感器的原理和優(yōu)缺點

把被測的機械量，如位移、壓力等轉換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其zui常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器（見圖）。若忽略邊緣效應，平板電容器的電容為εS/d，式中ε為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩極板互相覆蓋的有效面積，d為兩電極之間的距離。d、s、ε 三個參數(shù)中任一個的變化都將引起電容量變化，并可用于測量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動等引起的極距變化(見電容式壓力傳感器)。面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測定。

70年代末以來，隨著集成電路技術的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?/SPAN>

典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構成。當薄膜受壓力作用時，薄膜會發(fā)生一定的變形，因此，上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關系是非線性關系，因此，要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。

電容式傳感器——將被測非電量的變化轉換為電容量變化的傳感器。

根據(jù)被測參數(shù)的變化分：

（1）變極距型電容傳感器(d)

（2）變面積型電容傳感器(A)

（3）變介質(zhì)型電容傳感器(ε)^[1] 

變極距型電容傳感器

如圖：
　　

變面積型電容傳感器

如圖：

變電介質(zhì)型電容式傳感器

如

變介質(zhì)型電容式傳感器

如圖：

非線性

如圖：

電容傳感器

目的：

提高靈敏度

減小非線性誤差

4應用編輯

1、 ZCS1100型精密電容位移傳感器。本傳感器可以在線檢測壓電微位移、振動臺，電子顯微鏡微調(diào)，天文望遠鏡鏡片微調(diào)，精密微位移測量等。該傳感器是一個單一的通道，高性能線性位移測量系統(tǒng)，創(chuàng)新的電容位移測量技術，提供了納米測量能力，成本低，適合測量任何導電目標。

2、FWS-CⅡ型在線電容式水分檢測傳感器。在線檢測各種工作機械的液壓、潤滑系統(tǒng)介質(zhì)的含水率，特別是外部水容易滲入機械內(nèi)部的軋鋼機、造紙機、汽輪 機、船舶機械。 監(jiān)視循環(huán)油系統(tǒng)是否存在泄漏，如水冷卻器等。 監(jiān)視工作機械的密封元件是否損壞，引起外部水滲入。 監(jiān)視環(huán)境空氣濕度對潤滑液壓系統(tǒng)油品品質(zhì)和含水率的影響。，從而精確測定潤滑油質(zhì)量，預測設備故障，是設備潤滑油管理中的關鍵部件。本傳感器采用螺紋連

差動式電容測厚傳感器

接，體積小，重量輕，結構可靠，測量精度高，工作穩(wěn)定，具有較強的抗電磁干擾性能。封閉型不銹鋼制外殼具有很好的防水防塵性能。可直接安裝于工廠現(xiàn)場液壓潤滑管道上。是理想的在線水分檢測傳感器。

該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連，在線、連續(xù)、實時的檢測各種低水分油品的含水率。直接顯示，遠程控制和報警。實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，積算、傳輸和控制功能。普遍應用于大中型機械聯(lián)動機組的液壓、潤滑循環(huán)系統(tǒng) 例如：高線軋機和板帶軋機潤滑油系統(tǒng)、板帶軋機和棒線軋機液壓傳動系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組潤滑系

加速度傳感器

統(tǒng)、造紙機組潤滑系統(tǒng)、船舶機械潤滑系統(tǒng)、燃料油庫。粘度計，污染度，濕度計電容式傳感器3、 FW-C1型電容式潤滑油實時在線監(jiān)測傳感器。本傳感器可以在線準確測定潤滑油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其它機械化學雜質(zhì)污染度，從而精確測定潤滑油質(zhì)量，判定是否需要更換潤滑油，即可節(jié)約油料，又能預測設備故障，是設備潤滑油管理中改變傳統(tǒng)的按期換油，實現(xiàn)按質(zhì)換油的關鍵部件。本傳感器采用螺紋連接，體積小，重量輕，結構可靠，是理想的在線潤滑油檢測傳感器，可普遍應用于各類大型動力機械，軸承，齒輪箱，泵機和汽輪機的潤滑油檢測質(zhì)量實時檢測中。該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，積算、傳輸和控制功能。

電容式壓力傳感器

4、電容式壓力傳感器

5、加速度傳感器

6、差動式電容測厚傳感器

5原理編輯

電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計，電容式物位計的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的，電容器由兩個絕緣的同軸圓柱極板內(nèi)電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數(shù)為e的電解質(zhì)時，兩圓筒間的電容量為C=2∏eL/lnD/d，式中L為兩筒相互重合部分的長度；D為外筒電極的直徑；d為內(nèi)筒電極的直徑；e為中間介質(zhì)的電介常數(shù)。在實際測量中D、d、e是基本不變的，故測得C即可知道液位的高低，這也是電容式傳感器具有使用方便，結構簡單和靈敏度高，價格便宜等特點的原因之一。

6特點優(yōu)勢編輯

電容式傳感器與電阻式、電感式等傳感器相比有如下一些優(yōu)點：

(1)高阻抗、小功率,因而所需的輸入力很小，輸人能量也很低。電容式傳感器因帶電極板 間靜電引力極小(約幾個10-5 N)，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜用來解決輸入能量低的 測量問題，例如測量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏,分辨力非常髙，能 感受0.001μm甚至更小的位移。

(2)溫度穩(wěn)定性好。傳感器的電容值一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料， 又因本身發(fā)熱極小，對穩(wěn)定性影響甚微。

(3)結構簡單，適應性強，待測體是導體或半導體均可,可在惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感 器結構簡單,易于制造,可做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量;能工作在高低溫、強輻射及強 磁場等惡劣的環(huán)境中，也能對帶有磁性的工件進行測量。

(4)動態(tài)響應好。由于極板間的靜電引力很小，可動部分做得很小很薄，因此其固有頻率很 高，動態(tài)響應時間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特別適合動態(tài)測量，如測量振動、瞬時壓力等。

(5)可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應。例如非接觸測量回轉軸的振動或偏心、小型滾珠 軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時,電容式傳感器具有平均效應，可以減小工作表面粗糙 等對測量的影響。

7不足之處編輯

電容式傳感器存在的不足之處如下：

(1)輸出阻抗高，負載能力差。

(2)寄生電容影響大。

電容式傳感器的初始電容量很小,而傳感器的引線電纜電容(lm~2m導線可達800 pF)、測 量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導體構成的電容等“寄生電容"卻較大，這一方面降 低了傳感器的靈敏度;另一方面這些電容(如電纜電容)常常是隨機變化的，將使傳感器工作不穩(wěn) 定，影響測量精度，其變化量甚至超過被測量引起的電容變化量，致使傳感器無法工作。因此對 電纜的選擇、安裝、接法都要有要求。

為減小電纜分布電容影響，可將電子線 路的前級裝在離傳感器敏感部分很近的地 方，或采用所謂“雙層屏蔽等電位傳輸技術"，

又稱“驅動電纜"技術。這種方法的基本思路 是:連接電纜采用內(nèi)外雙層屏蔽，使內(nèi)屏蔽層 與被屏蔽的導線電位相同，因而兩者之間沒 有容性電流存在，這樣使引線與內(nèi)屏蔽之間 的電纜電容不起作用，外屏蔽仍被接地而對 外界電場起屏蔽作用，其原理如圖5 - 15所 示。外屏蔽接地后，對地之間電容將成為1:1放大器的負載，它也與電容式傳感器的電 容無關。這樣無論電纜形狀和位置如何變化，都不會對傳感器的工作產(chǎn)生影響。

驅動電纜原理圖

實驗證明：采用驅動電纜技術,即使電容式傳感器電容較小，在傳輸電纜長達10 m時，傳感 器仍能很好地工作。

兩點注意：

工作頻率等于或接近諧振頻率時，諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此，工作頻率應該先擇低于諧振頻率。

電容式傳感器的有效電容除與位移有關外，還與角頻率有關。因此，在實際應用時必須與標定的條件（ω）相同。

8測量電路編輯

電容傳感器的特點：電容量小，變化更?。?/SPAN>PF級）。理論上，交流電橋可作為電容傳感器的測量電路，但由于電容及變化太小，不易實現(xiàn)。包括（1）調(diào)頻電路（2）運算放大器式電路（3）二極管雙T形交流電橋（4）脈沖寬度調(diào)制電路

調(diào)頻電路

特點：

（1）轉換電路生成頻率信號，可遠距離傳輸不受干擾。

（2）具有較高的靈敏度，可以測量高至0.01μm級位移變化量。

（3）但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉換）轉化為電壓信號后，進行補償。

運算放大器式電路運算放大器要求：

特點：

（1）解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題

（2）要求Zi及放大倍數(shù)足夠大

（3）為保證儀器精度，還要求電源電壓的幅值和固定電容穩(wěn)定

（4）由于Cx變化小，所以該電路實現(xiàn)起來困難

（5）輸入阻抗高（避免泄漏）、放大倍數(shù)大（接近理想

二極管雙T形交流電橋

正負半周分析：

正半周：C1充電，電流順時針； C2放電，電流逆時針

負半周： C2充電，電流逆時針； C1放電，電流順時針

若C1 = C2，則電流抵消，若C1 ≠C2，則RL有信號輸出

幾點說明：

（1）該電路電源頻率Mhz級，電源電壓幾十伏，電源的穩(wěn)定性對輸出直接產(chǎn)生影響。

（2）當電容以PF級變化時，輸出以V級變化。

脈沖寬度調(diào)制電路

如圖：

9優(yōu)缺點編輯

電容式傳感器的優(yōu)點是結構簡單,價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強，動態(tài)響應特性好和對高溫、輻射、強振等惡劣條件的適應性強等。缺點是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復雜等。

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負離子檢測儀負離子測試儀的檢測原理

空氣離子測量儀是測量大氣中氣體離子的儀器,它可以測量空氣離了的濃度,分辨離子正負極性,并可依離子遷移率的不同來分辨被測離子的大小。一般采用電容式收集器收集空氣離子所攜帶的電荷,并通過一個微電流計測量這些電荷所形成的電流。測量儀走要包括極化電源、離子收集器、微電流放大器和直流供電電源四部分。

根據(jù)收集器的結構不同,主流負離子檢測儀可以劃分為平行板式和Gerdien 冷凝器式/雙重圓筒軸式兩種類型。

1.   Ebert式/平行電板式離子檢測儀

平行電板式離子檢測儀是目前低端空氣離子檢測儀比較常用的一種方法。A跟B是一組平行的且相互絕緣的電極，B極頂端邊著一個環(huán)形雙極電極，空氣通過右下角的風扇吸入，空氣中的負離擊打A/B電極放電，電荷傳導到E環(huán)形電極形成自放電，放電信號被記錄，從而可對空氣中正、負離子數(shù)量及大小進行測量。

這種檢測儀技術上比較成熟，造價成本也比較低，但是易受外部環(huán)境影響，另外這種結構自身的弱點容易導致電解邊緣效應，容易造成氣流湍流，造成檢測結果偏移較大。

2.   Gerdien 冷凝器式/雙重圓筒軸式

雙重圓筒軸式離子檢測儀是目前中空氣離子檢測儀成熟的一種方法。整體結構由3個同心圓筒組成，外圍筒身及內(nèi)軸為電極，空氣通過圓筒時，離子撞擊筒身跟軸產(chǎn)生放電，放電信號被記錄，從而可對空氣中正、負離子數(shù)量及大小進行測量。

這種檢測儀技術上已非常成熟，但由于內(nèi)部復雜的結構及控制，造價成本高昂，這種結構可以有效解決平行電板式結構固有的電解邊緣效應，同時圓筒本身的結構及特殊的進氣方式可以保持氣流通過的平順性，對離子數(shù)量及大小的檢測精確性有極大提高。

AIC-1000和KEC900這兩種是采用平行電極板的測試原理,這兩種優(yōu)點是價格便宜,屏幕顯示,缺點是他們的漂移率高.AIC-1000是上9V干電池供電沒有導出數(shù)據(jù)接口.KEC900兩種電源供電模式,有數(shù)據(jù)導出接口目前只能配記錄儀導出電壓信號來做數(shù)據(jù)分析,KEC900 9V直流比較費電池.

    TZRH-3200PRO這款是采用高貴的圓桶電容器法,內(nèi)部有溫度和濕度傳感器,雙向電源,電池是內(nèi)部可充電電池,充電可以使用7個小時左右,帶分析軟件,可以和電腦連接時時導出數(shù)據(jù).測量漂移率比較低.

電容式傳感器的原理和優(yōu)缺點

把被測的機械量，如位移、壓力等轉換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其zui常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器（見圖）。若忽略邊緣效應，平板電容器的電容為εS/d，式中ε為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩極板互相覆蓋的有效面積，d為兩電極之間的距離。d、s、ε 三個參數(shù)中任一個的變化都將引起電容量變化，并可用于測量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動等引起的極距變化(見電容式壓力傳感器)。面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測定。

70年代末以來，隨著集成電路技術的發(fā)展,出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器。這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點得到克服。電容式傳感器是一種用途極廣，很有發(fā)展?jié)摿Φ膫鞲衅鳌?/SPAN>

典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構成。當薄膜受壓力作用時，薄膜會發(fā)生一定的變形，因此，上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關系是非線性關系，因此，要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。

電容式傳感器——將被測非電量的變化轉換為電容量變化的傳感器。

根據(jù)被測參數(shù)的變化分：

（1）變極距型電容傳感器(d)

（2）變面積型電容傳感器(A)

（3）變介質(zhì)型電容傳感器(ε)^[1] 

變極距型電容傳感器

如圖：
　　

變面積型電容傳感器

如圖：

變電介質(zhì)型電容式傳感器

如圖：

變介質(zhì)型電容式傳感器

如圖：

非線如圖：

電容傳感器

目的：

提高靈敏度

減小非線性誤差

4應用編輯

1、 ZCS1100型精密電容位移傳感器。本傳感器可以在線檢測壓電微位移、振動臺，電子顯微鏡微調(diào)，天文望遠鏡鏡片微調(diào)，精密微位移測量等。該傳感器是一個單一的通道，高性能線性位移測量系統(tǒng)，創(chuàng)新的電容位移測量技術，提供了納米測量能力，成本低，適合測量任何導電目標。

2、FWS-CⅡ型在線電容式水分檢測傳感器。在線檢測各種工作機械的液壓、潤滑系統(tǒng)介質(zhì)的含水率，特別是外部水容易滲入機械內(nèi)部的軋鋼機、造紙機、汽輪 機、船舶機械。 監(jiān)視循環(huán)油系統(tǒng)是否存在泄漏，如水冷卻器等。 監(jiān)視工作機械的密封元件是否損壞，引起外部水滲入。 監(jiān)視環(huán)境空氣濕度對潤滑液壓系統(tǒng)油品品質(zhì)和含水率的影響。，從而精確測定潤滑油質(zhì)量，預測設備故障，是設備潤滑油管理中的關鍵部件。本傳感器采用螺紋連

差動式電容測厚傳感器

接，體積小，重量輕，結構可靠，測量精度高，工作穩(wěn)定，具有較強的抗電磁干擾性能。封閉型不銹鋼制外殼具有很好的防水防塵性能?？芍苯影惭b于工廠現(xiàn)場液壓潤滑管道上。是理想的在線水分檢測傳感器。

該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連，在線、連續(xù)、實時的檢測各種低水分油品的含水率。直接顯示，遠程控制和報警。實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，積算、傳輸和控制功能。普遍應用于大中型機械聯(lián)動機組的液壓、潤滑循環(huán)系統(tǒng) 例如：高線軋機和板帶軋機潤滑油系統(tǒng)、板帶軋機和棒線軋機液壓傳動系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組潤滑系

加速度傳感器

統(tǒng)、造紙機組潤滑系統(tǒng)、船舶機械潤滑系統(tǒng)、燃料油庫。粘度計，污染度，濕度計電容式傳感器3、 FW-C1型電容式潤滑油實時在線監(jiān)測傳感器。本傳感器可以在線準確測定潤滑油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其它機械化學雜質(zhì)污染度，從而精確測定潤滑油質(zhì)量，判定是否需要更換潤滑油，即可節(jié)約油料，又能預測設備故障，是設備潤滑油管理中改變傳統(tǒng)的按期換油，實現(xiàn)按質(zhì)換油的關鍵部件。本傳感器采用螺紋連接，體積小，重量輕，結構可靠，是理想的在線潤滑油檢測傳感器，可普遍應用于各類大型動力機械，軸承，齒輪箱，泵機和汽輪機的潤滑油檢測質(zhì)量實時檢測中。該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，積算、傳輸和控制功能。

電容式壓力傳感器

4、電容式壓力傳感器

5、加速度傳感器

6、差動式電容測厚傳感器

5原理編輯

電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計，電容式物位計的電容檢測元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進行工作的，電容器由兩個絕緣的同軸圓柱極板內(nèi)電極和外電極組成，在兩筒之間充以介電常數(shù)為e的電解質(zhì)時，兩圓筒間的電容量為C=2∏eL/lnD/d，式中L為兩筒相互重合部分的長度；D為外筒電極的直徑；d為內(nèi)筒電極的直徑；e為中間介質(zhì)的電介常數(shù)。在實際測量中D、d、e是基本不變的，故測得C即可知道液位的高低，這也是電容式傳感器具有使用方便，結構簡單和靈敏度高，價格便宜等特點的原因之一。

6特點優(yōu)勢編輯

電容式傳感器與電阻式、電感式等傳感器相比有如下一些優(yōu)點：

(1)高阻抗、小功率,因而所需的輸入力很小，輸人能量也很低。電容式傳感器因帶電極板 間靜電引力極小(約幾個10-5 N)，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜用來解決輸入能量低的 測量問題，例如測量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏,分辨力非常髙，能 感受0.001μm甚至更小的位移。

(2)溫度穩(wěn)定性好。傳感器的電容值一般與電極材料無關，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料， 又因本身發(fā)熱極小，對穩(wěn)定性影響甚微。

(3)結構簡單，適應性強，待測體是導體或半導體均可,可在惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感 器結構簡單,易于制造,可做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量;能工作在高低溫、強輻射及強 磁場等惡劣的環(huán)境中，也能對帶有磁性的工件進行測量。

(4)動態(tài)響應好。由于極板間的靜電引力很小，可動部分做得很小很薄，因此其固有頻率很 高，動態(tài)響應時間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特別適合動態(tài)測量，如測量振動、瞬時壓力等。

(5)可以實現(xiàn)非接觸測量，具有平均效應。例如非接觸測量回轉軸的振動或偏心、小型滾珠 軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時,電容式傳感器具有平均效應，可以減小工作表面粗糙 等對測量的影響。

7不足之處編輯

電容式傳感器存在的不足之處如下：

(1)輸出阻抗高，負載能力差。

(2)寄生電容影響大。

電容式傳感器的初始電容量很小,而傳感器的引線電纜電容(lm~2m導線可達800 pF)、測 量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周圍導體構成的電容等“寄生電容"卻較大，這一方面降 低了傳感器的靈敏度;另一方面這些電容(如電纜電容)常常是隨機變化的，將使傳感器工作不穩(wěn) 定，影響測量精度，其變化量甚至超過被測量引起的電容變化量，致使傳感器無法工作。因此對 電纜的選擇、安裝、接法都要有要求。

為減小電纜分布電容影響，可將電子線 路的前級裝在離傳感器敏感部分很近的地 方，或采用所謂“雙層屏蔽等電位傳輸技術"，

又稱“驅動電纜"技術。這種方法的基本思路 是:連接電纜采用內(nèi)外雙層屏蔽，使內(nèi)屏蔽層 與被屏蔽的導線電位相同，因而兩者之間沒 有容性電流存在，這樣使引線與內(nèi)屏蔽之間 的電纜電容不起作用，外屏蔽仍被接地而對 外界電場起屏蔽作用，其原理如圖5 - 15所 示。外屏蔽接地后，對地之間電容將成為1:1放大器的負載，它也與電容式傳感器的電 容無關。這樣無論電纜形狀和位置如何變化，都不會對傳感器的工作產(chǎn)生影響。

驅動電纜原理圖

實驗證明：采用驅動電纜技術,即使電容式傳感器電容較小，在傳輸電纜長達10 m時，傳感 器仍能很好地工作。

兩點注意：

工作頻率等于或接近諧振頻率時，諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此，工作頻率應該先擇低于諧振頻率。

電容式傳感器的有效電容除與位移有關外，還與角頻率有關。因此，在實際應用時必須與標定的條件（ω）相同。

8測量電路編輯

電容傳感器的特點：電容量小，變化更小（PF級）。理論上，交流電橋可作為電容傳感器的測量電路，但由于電容及變化太小，不易實現(xiàn)。包括（1）調(diào)頻電路（2）運算放大器式電路（3）二極管雙T形交流電橋（4）脈沖寬度調(diào)制電路

調(diào)頻電路

特點：

（1）轉換電路生成頻率信號，可遠距離傳輸不受干擾。

（2）具有較高的靈敏度，可以測量高至0.01μm級位移變化量。

（3）但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉換）轉化為電壓信號后，進行補償。

運算放大器式電路運算放大器要求：

特點：

（1）解決了單個變極板間距離式電容傳感器的非線性問題

（2）要求Zi及放大倍數(shù)足夠大

（3）為保證儀器精度，還要求電源電壓的幅值和固定電容穩(wěn)定

（4）由于Cx變化小，所以該電路實現(xiàn)起來困難

（5）輸入阻抗高（避免泄漏）、放大倍數(shù)大（接近理想放大器）

二極管雙T形交流電橋

正負半周分析：

正半周：C1充電，電流順時針； C2放電，電流逆時針

負半周： C2充電，電流逆時針； C1放電，電流順時針

若C1 = C2，則電流抵消，若C1 ≠C2，則RL有信號輸出

幾點說明：

（1）該電路電源頻率Mhz級，電源電壓幾十伏，電源的穩(wěn)定性對輸出直接產(chǎn)生影響。

（2）當電容以PF級變化時，輸出以V級變化。

脈沖寬度調(diào)制電路

如圖：

9優(yōu)缺點編輯

電容式傳感器的優(yōu)點是結構簡單,價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強，動態(tài)響應特性好和對高溫、輻射、強振等惡劣條件的適應性強等。缺點是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復雜等。

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