Kuidas mahtuvuslikud andurid töötavad?
Mahtuvuslikud andurid kasutavad sensoorse elemendina erinevat tüüpi kondensaatoreid. Mõõdetud väärtuse muutumise tõttu muutub kondensaatori mahtuvus. Mõõteahela kaudu saab mahtuvus muutuse muundada elektrisignaali väljundiks. Elektrisignaali suurusjärku mõõtes saab mõõta mõõdetud suurusjärku. See on mahtuvuslike andurite põhiline tööpõhimõte.
Mahtuvuslike andurite eelised
1. Hea temperatuuri stabiilsus
Mahtuvusanduri mahtuvusväärtus on üldiselt elektroodimaterjalist sõltumatu, mis soodustab madala temperatuuri koefitsientidega materjalide valimist ja selle väga väikese soojuse tootmise tõttu on stabiilsus vähe mõjutatud. Takistuseanduril on vasekadu, mida on soojuse tootmise tõttu lihtne tekitada null triivi.
2. Lihtne struktuur
Mahtuvusensoril on lihtne struktuur, seda on lihtne valmistada ja see tagab suure täpsuse ning seda saab teha väga väikeseks, et saavutada mõned erilised mõõtmised; see võib töötada karmides keskkondades, nagu kõrge temperatuur, tugev kiirgus ja tugevad magnetväljad, ning taluda suuri temperatuure Muutus, talub kõrget rõhku, suurt mõju, ülekoormust jne; oskab mõõta ülikõrget temperatuuri ja madala rõhu erinevust ning mõõta ka magnetilist tööd.
3. Hea dünaamiline reageerimine
Elektroodiplaatide vahelise väikese elektrostaatilise atraktiivsuse tõttu (umbes paar 10^(-5)N) vajab mahtuvuslik andur väga vähe energiat ja kuna selle liikuvat osa saab teha väga väikeseks ja õhukeseks, st massiks See on väga kerge, nii et selle loomulik sagedus on kõrge, dünaamiline reageerimisaeg on lühike ja see võib töötada mitme megahertsi sagedustel, mis sobib eriti hästi dünaamilisteks mõõtmisteks. Ja tänu oma väikesele dielektrilisele kadumisele saab seda toita kõrgemal sagedusel, nii et süsteem töötab kõrgel sagedusel. Seda saab kasutada kiiresti muutuvate parameetrite mõõtmiseks.
4. Kontaktivaba mõõtmine ja kõrge tundlikkus
Pöörlevate võllide vibratsiooni või ekstsentrilisuse kontaktivaba mõõtmine, väikeste kuullaagrite radiaalne kliirens jne. Kontaktivaba mõõtmise kasutamisel on mahtuvusanduril keskmine toime, mis võib vähendada tooriku pinna kareduse mõju mõõtmisele.
Lisaks ülaltoodud eelistele võivad mahtuvuslikud andurid mõõta äärmiselt madalat rõhku, jõudu ja väikest kiirendust, nihet jne. Seda saab muuta väga tundlikuks, kõrge eraldusvõimega ja tunda nihkeid 0,01 μm või isegi väiksemat. Tänu oma väikesele keskkonna, näiteks õhu kadumisele on diferentsiaalstruktuuri ühendamisel tekkinud null jääk väga väike, nii et ahelal on lubatud teha suure suurenduse võimendus, nii et seadmel on kõrge tundlikkus.
Mahtuvuslike andurite puudused
1. Suur väljundtakvastus ja halb kandevõime.
Olenemata sellest, millist tüüpi mahtuvusandur, mida piirab elektroodiplaadi geomeetriline suurus, on selle mahtuvus väga väike, üldiselt kümneid kuni sadu picofards (pF), nii et mahtuvusanduri väljund impedants on väga kõrge, kuni ~ Ω. Suure väljundtantsi tõttu on väljundvõimsus väike, kandevõime on halb ja seda mõjutavad kergesti välised häired ja see põhjustab ebastabiilsust ning isegi ei saa rasketel juhtudel töötada.
2. Parasiiti mahtuvusel on suur mõju.
Mahtuvusanduri algne mahtuvus on väga väike, samas kui andurit ja elektroonilist ahelat ühendava juhtkaabli mahtuvus, elektroonilise ahela hulkuv mahtuvus ning mahtuvusplaadi ja ümbritsevate juhtmete poolt moodustatud mahtuvus on suhteliselt suured. Parasiitliku mahtuvus ei vähenda mitte ainult mõõtmistundlikkust, vaid põhjustab ka mittelineaarset väljundit. Kuna parasiitne mahtuvus muutub juhuslikult, on andur ebastabiilses tööolekus, mis mõjutab mõõtmise täpsust.