傳感器的優(yōu)點(diǎn)有哪些？

　　傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測(cè)物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)換成為電容變化量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動(dòng)、速度、壓力、成分分析、介質(zhì)特性等方面的測(cè)量。的是平行板型電容器或圓筒型電容器。

　　1)傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān)，這有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，影響穩(wěn)定性甚微。而電阻傳感器有銅損，易發(fā)熱產(chǎn)生零漂。

　　2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

　　傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測(cè)量；能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過(guò)載等；能測(cè)量超高溫和低壓差，也能對(duì)帶磁工作進(jìn)行測(cè)量。

　　3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好

　　傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小(約幾個(gè)10^(-5)N)，需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)。

　　4)可以非接觸測(cè)量且靈敏度高

　　可非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。

　　傳感器除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測(cè)極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能感應(yīng)0.01μm甚至更小的位移。由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)并接成電橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。

　　是一種將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，分辨率高，具有平均效應(yīng)，測(cè)量精度高，可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作，廣泛應(yīng)用于壓力、差壓、液位、振動(dòng)、位移、加速度、成分含量等方面的測(cè)量。

　　傳感器成一個(gè)電容器，若忽略其邊緣效應(yīng)，其電容量為

　　式中，ε為電容極板間介質(zhì)的介質(zhì)參數(shù)，ε=ε0εr,其中ε0 真空介電參數(shù)，εr為極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)；S為兩平板所覆蓋的面積；d為兩平行板之間的距離。

　　由式中可見(jiàn)，當(dāng)S,d,和ε中任一參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電容量C也隨之發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路就可以轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型3種。

　　傳感器分為可動(dòng)極板，一般稱為動(dòng)片和固定極板，當(dāng)動(dòng)片因被測(cè)量變化引起移動(dòng)時(shí)，就改變了兩極板間的距離d，從而使電容量發(fā)生變化。設(shè)初始極距為d，則

　　若電容器極板距離由初始值d縮小Δd不是線性關(guān)系。但是，若時(shí)。則式可以簡(jiǎn)化為

　　此時(shí)，C與Δd近似為線性關(guān)系，所以變極距型電容式傳感器只有在Δd/d很小時(shí)，才有近似的線性關(guān)系，一般最大位移應(yīng)小于間距的1/10。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，為了改善非線性、提高靈敏度和減少外界干擾的影響，電容傳感器常做成差動(dòng)形式。

　　變面積型電容傳感器

　　被測(cè)量變化導(dǎo)致動(dòng)極板移動(dòng)，引起兩極板間有效覆蓋面積S的變化，從而得到電容量的變化。當(dāng)動(dòng)極板相對(duì)于定極板沿著長(zhǎng)度方向平移Δx時(shí)，其電容變化量化為

　　式中，C0=ε0εrba/d,為初始電容；a為極板長(zhǎng)度；b為極板寬度；Δx為極板水平位移。可見(jiàn)ΔC與Δx間成線性關(guān)系。

　　當(dāng)動(dòng)極板有一個(gè)角位移θ時(shí)，與定極板間有效覆蓋面積發(fā)生變化，從而改變了兩極板間的電容量。當(dāng)θ=0時(shí)有

　　式中，εr為介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)；d0為兩極板間的距離；S0為兩極板間初始覆蓋面積。

　　傳感器電容量C與角位移θ間成線性關(guān)系。

　　變介電常數(shù)型電容傳感器

　　傳感器的介電常數(shù)為ε1，液面高度為h，傳感器總高度為H，內(nèi)筒外徑為d，外筒內(nèi)徑為D，此時(shí)電容值為