Kako funkcioniraju kapacitivni senzori
Kapacitivni senzori koriste različite vrste kondenzatora kao senzorske elemente. Zbog promjene izmjerene vrijednosti promijenit će se kapacitivnost kondenzatora. Kroz mjerni krug, promjena kapacitivnosti može se pretvoriti u električni izlaz signala. Mjerenjem veličine električnog signala može se procijeniti izmjerena veličina. To je osnovno načelo rada kapacitivnih senzora.
Prednosti kapacitivnih senzora
1. Dobra stabilnost temperature
Kapacitivnost vrijednosti kapacitivnog senzora općenito je neovisna o elektrodnom materijalu, što pogoduje odabiru materijala s niskim temperaturnim koeficijentima, a ima mali utjecaj na stabilnost zbog vrlo male proizvodnje topline. Senzor otpora ima gubitak bakra, koji je lako generirati nulti zanošenje zbog stvaranja topline.
2. Jednostavna struktura
Kapacitivni senzor ima jednostavnu strukturu, jednostavan je za proizvodnju i osigurava visoku točnost, a može biti vrlo mali kako bi se postigla neka posebna mjerenja; može raditi u teškim okruženjima kao što su visoka temperatura, snažno zračenje i jaka magnetska polja, a može izdržati velike temperature Promjena, izdržavanje visokog tlaka, visokog utjecaja, preopterećenja itd.; može mjeriti ultra visoku temperaturu i razliku niskog tlaka, a može mjeriti i magnetski rad.
3. Dobar dinamički odgovor
Zbog male elektrostatičke privlačnosti između elektrodnih ploča (oko nekoliko 10^(-5)N), kapacitivni senzor zahtijeva vrlo malo energije, a njegov pokretni dio može biti vrlo mali i tanak, odnosno masa Vrlo je lagan, tako da je njegova prirodna frekvencija visoka, dinamično vrijeme odziva je kratko i može raditi na frekvencijama od nekoliko megaherca, što je posebno pogodno za dinamička mjerenja. A zbog malog dielektričnog gubitka, može se napajati na višoj frekvenciji, tako da sustav radi na visokoj frekvenciji. Može se koristiti za mjerenje parametara koji se brzo mijenjaju.
4. Beskontaktno mjerenje i visoka osjetljivost
Beskontaktno mjerenje vibracija ili ekscentričnosti rotacijskih osovina, radijalnog razmaka malih kugličnih ležajeva itd. Kada se koristi beskontaktno mjerenje, kapacitivni senzor ima prosječni učinak, što može smanjiti utjecaj hrapavosti površine obratka na mjerenje.
Osim gore navedenih prednosti, kapacitivni senzori mogu mjeriti iznimno nizak tlak, silu i malo ubrzanje, pomak itd. Može biti vrlo osjetljiv, s visokom rezolucijom, i može osjetiti pomake od 0,01μm ili čak i manje. Zbog malog gubitka medija kao što je zrak, nula preostalih nastalih kada je diferencijalna struktura spojena u tip mosta je mala, tako da je krugu dopušteno da izvrši visoko pojačanje, tako da instrument ima visoku osjetljivost.
Nedostaci kapacitivnih senzora
1. Visoka izlazna impedancija i slaba nosivost.
Bez obzira na vrstu kapacitivnog senzora, ograničenog geometrijskom veličinom elektrodne ploče, njegova kapacitivnost je vrlo mala, uglavnom desetke do stotine pikofaradova (pF), tako da je izlazna impedancija kapacitivnog senzora vrlo visoka, do ~ Ω. Zbog velike izlazne impedancije, izlazna snaga je mala, nosivost je slaba, a na nju lako utječu vanjske smetnje i uzrokuje nestabilnost, pa čak i ne može raditi u teškim slučajevima.
2. Parazitska kapacitivnost ima veliki utjecaj.
Početna kapacitivnost kapacitivnog senzora je vrlo mala, dok su kapacitivnost olovnog kabela koji povezuje senzor i elektronički krug, zalutala kapacitivnost elektroničkog kruga i kapacitivnost koju tvore kapacitivna ploča i okolni vodiči relativno veliki. Postojanje parazitske kapacitivnosti ne samo da smanjuje osjetljivost mjerenja, već uzrokuje i nelinearni izlaz. Budući da se parazitska kapacitivnost nasumično mijenja, senzor je u nestabilnom radnom stanju, što utječe na točnost mjerenja.