電容傳感器的性能及位移傳感
電容傳感器是指將被測量(如尺寸、壓力等)的變化轉換成電容量變化的一種傳感器。它是非接觸型傳感器,其根據在傳感器電極和GND或人手之間產生的電容變化來檢測物體。實際上它本身(或和被測物體)就是一個可變電容器。傳感器電極可以是任何導電金屬,因此可以設計低成本且高度靈活的系統。

電容傳感器靈敏度高,具有以下特點:結構簡單,適應性強,易于制造,易于保證高的精度,可以做成小尺寸傳感器,以實現特殊測量,能工作在高低溫,強輻射及強磁場等惡劣環境中,可以承受高壓力,高沖擊,過載等。 第二點動態響應好,由于極板間的靜電引力很小,需要的作用能量極小,又其可動部分可以做的很小很薄,因此其固有頻率很高動態響應時間短,能在幾兆赫的頻率下工作,特別適合動態測量。
第三點是較大的相對變化量只受線性區限制,其值可達到百分之百或更大,可以保證傳感器的分辨率和測量范圍。第四點發熱小,自身溫度系數小,由于電容傳感器的電容值于電極材料無關,可以選擇溫度系數低的材料,在外界溫度穩定的情況下,可以保證好的穩定性。
那么哪些因素會影響到電容傳感器的精度。總的來講,電容式位移傳感器電容值變化可能相關的因素包括探頭到被測物之間的距離,相對面積和二者之間的介質變化。例如灰塵,油污,水氣會改變介質。遠離或者靠近被測物,也會改變測量值。正對面積也會有影響。通常對于測距電容傳感器來講,如果要精度高,就要嚴格限制介質和正對面積的變化。當然溫度變化等因素也會影響傳感器精度,還有被測物接地,可以屏蔽由電源帶來的干擾,從而提高精度。
位移測量是線位移測量和角位移測量的總稱,位移測量在機電一體化制造系統中應用十分廣泛。一般位移傳感器主要有:電感傳感器、電容傳感器、感應同步器、光柵傳感器、磁柵傳感器、旋轉變壓器和光電編碼盤等。其中,旋轉變壓器和光電編碼盤只能測試角位移,其它幾種傳感器既有直線型位移傳感器又有角度型位移傳感器。
光柵是一種新型的位移檢測元件,是一種將機械位移或模擬量轉變為數字脈沖的測量裝置。它的特點是測量精確度高(可達±1μm)、響應速度快、量程范圍大、可進行非接觸測量等。其易于實現數字測量和自動控制,廣泛用于數控機床和精密測量中。光柵的構造。所謂光柵就是在透明的玻璃板上,均勻地刻出許多明暗相間的條紋,或在金屬鏡面上均勻地劃出許多間隔相等的條紋,通常線條的間隙和寬度是相等的。以透光的玻璃為載體的稱為透射光柵,不透光的金屬為載體的稱為反射光柵;根據光柵的外形可分為直線光柵和圓光柵。
光柵位移傳感器的結構如圖所示。它主要由標尺光柵、指示光柵、光電器件和光源等組成。通常,標尺光柵和被測物體相連,隨被測物體的直線位移而產生位移。一般標尺光柵和指示光柵的刻線密度是相同的,而刻線之間的距離W稱為柵距。光柵條紋密度一般為每毫米25、50、100、250條等。
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