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电容式加速度传感器提高灵敏度的方法介绍

发布时间:2021-04-14点击次数:461次
  电容式加速度传感器是将被测的非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器,它不仅能测量荷重、位移、振动、角度、加速度等机械量,还能测量液面、料面、成分含量等热工参量。这种传感器具有高阻抗、小功率、动态范围大、动态响应较快、几乎没有零漂、结构简单和适应性强等优点。因此,电容传感器在自动检测技术中占有很重要的地位,并得到广泛的应用。但它在使用过程中也存在一些问题:
 
  灵敏度的问题:由两平行板组成的一个电容器,若忽略其边缘效应,其电容量可用下式表示:
 
  式中,S为极板相互遮盖面积,单位为m2;d为两平行板间的距离,单位为m;ε为极板间介质的介电常数;εr极板间介质的相对介电常数;ε0真空的介电常数。从上式可以看出,当d小时可使电容量增大,而使灵敏度增加,但d过小容易引起电容器击穿,一般我们可以采取在极板间放置云母来改善,此时电容C为两电容串联,可写成:
 
  式中,ε1云母片的介电常数;ε2空气的介电常数;d0为气隙宽度;d为两极板间的距离。云母的介电常数为空气的7倍,云母的击穿电压不少于103kv/mm,空气的击穿电压仅为3kv/mm。厚度仅为0.01mm的云母片,它的击穿电压也不小于10kv/mm,因此有了云母片,极板之间的距离可大大减小,还能使电容式加速度传感器输出特性的线性得到改善。提高灵敏度除了采用加云母片的方法外,还可以采取以下措施:
 
  1、提高电源频率;
 
  2、减小极板厚度可削弱边缘效应。
 
  电容式加速度传感器中一些量的变化范围在变极间距离的电容传感器中,由于减小极间距离可以提高灵敏度,多用来测量微米级的位移,一般极板间距离不超过1mm,最大位移量应限制在间距的 1/10范围内;在变极板工作面积的传感器中,可以测量厘米级的位移。在电容传感器中,正确选择电容的大小是很重要的。合理的设计既可以使传感器满足测量范围的要求,又可以提高灵敏度,减小非线性误差。
 
  一般其电容的变化在103PF~104PF范围内,相对值ΔC/C的变化则在10-6~1范围内。电容元件输出阻抗一般在108Ω~106Ω,该数值还与所采用的交流电源频率有关。为了减小绝缘电阻的影响和提高灵敏度,电源频率一般采用在50kHz以上,但是采用高频电源使信号放大、传输等问题比低频时复杂的多。
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