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电容式传感器的设计要点
发布日期:2013-03-26 11:09:41浏览量:409来源:长陆智造

电容式传感器的高灵敏度、高精度等独特的优点是与其正确设计、选材以及精细的加工工艺分不开的。在设计传感器的过程中,在所要求的量程、温度和压力等范围内.应尽量使它具有高精度、高分辨力、低成本、稳定可靠和高的频率响应等。设计时可以从下面几个方面子以考虑:

    (1)减小环境温度、湿度等变化所产生的影响,保证绝缘材料的绝缘性能。

    ①必须从选材、结构、加工工艺等方面减小温度等误差并保证绝缘材料具有高绝线性能.传感器的金属电极的材料宜选用温度系数低的铁镍合金,但这种合金加工较难;也可采用在陶瓷或石英上喷镀金或银的工艺,这样电极可以做得极薄,对减小边缘效应极为有利。

    ②传感器内的电极表面不便经常清洗,应加以密封,用以防尘、防潮。若在电极表面镀以极薄的倍性金属(如钱等)层,则可代替密封件起保护作用,可防尘、防湿、防腐蚀,并在高温下可减少表面损耗、降低温度系数.但成本较高。

    ③目前有采用厚膜丝网印刷新工艺将电容电极掩膜图形转移到陶瓷盖板和弹性膜片上而构成非充液空气介质的双电容传感器,可减小因温度引起的测量误差。

    ④传感器内电极的支架要有一定的机械强度和稳定的性能。

    ⑤尽量采用空气或云母等介电常数的温度系数几乎为零的电介质(也不受湿度变化的影响)作为电容式传感器的电介质。

    ⑥在可能的情况下,尽量采用差动对称结构,再通过某些类型的测量电路(如电桥)来减小温度等误差。

    ⑦尽量选用高的电源频率,一般为50khz至几兆赫,以降低对传感器绝缘部分的要求。

    ⑧传感器内所有的零件应先进行清洗、烘干后再装配。传感器要密封以防止水分侵入内部而引起电容值变化和绝缘性质下降。传感器的完体刚性要好,以免安装时变形。

    (2)消除和减小边缘效应。适当减小极间距.使电极直径或边长与间距比较大,可减小边缘效应的影响,但易产生击穿并有可能限制测量范围。电极应做得极薄,使之与极间距相比很小,这样也可减小边缘电场的影响。为减小极板厚度,往往不用整块金属扳作极板,而是在石英、陶瓷等非金属材料上蒸镀一薄层金属,使极板有效厚度减小,以减小边缘效应。此外,可在结构上增设等位保护环来消除边缘效应。

    应该指出,边缘效应所引起的非线性与变极距型电容式传感器原理上的非线性恰好相反,因此在一定程度上起到了补偿作用,但传感器灵敏度同时下降。

    (3)减小和消除寄生电容的影响。寄生电容可能比电容传感器的电容大几倍到几十倍,严重影响传感器的输出特性和灵敏度,甚至会淹没传感器的有用信号,使传感器无法正常使用。因此,减小或消除寄生电容的影响.是电容式传感器实用化的关键。具体可采用如下方法:

    ①增加传感器原始电容值。采用减4报片或极筒间的间距,增加工作面积或工作长度来增加原始电容值。

    ②注意传感器的接地和屏蔽。