电气类外文翻译—电容式传感器操作.doc
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1、电容式传感器操作第一部分:基础这篇文章的第一部分回顾了电容式传感器的概念和理论来帮助我们优化电容式传感器的性能。第二部分讨论了怎样使这些概念去工作。 非接触式电容传感器测量的电特性变化称为电容。电容描述了有一定距离的两个导电物体怎样产生一个电压差。电压施加到导体上并产生电场,造成正负电荷聚集到每个导体上。如果电压的极性是相反的,那么电荷也是相反的。电容式传感器使用交流电压就会引起电子不断反转他们的位置。传感器就能检测出电子移动所产生的交流电流。电流的流量是由电容决定的,而电容是有导体的表面积和导体之间的距离决定的。表面积更大,距离更近的导体比小面积远距离导体能够引起更大的电流。导体之间介质的材
2、料也影响电容。从技术上讲,电容是与导体的表面积和在导体之间介质的介电常数成正比的,与导体之间的距离成反比。公式如下:在典型的电容式传感应用,探针或传感器是导体中的一个,另一个则是测量对象。(利用电容式传感器来感应塑料和其他绝缘体将在本文的第二部分讨论。)传感器和被测对象的大小假定不变,这是由他们之间的材料确定。因此,电容的任何改变都是探针和目标之间的距离变化产生的。被校准的电子产生特定的电压变化电容也产生相应变化。这些电压变化是与距离变化成比例的。在给定距离上产生的电压变化叫做灵敏度。一个常见的灵敏度设置时1.0 V/100 m。这就意味着每改变100m的距离,输出就会变化1V。有了这个校准,
3、一个2V的输出变化就意味着目标距离探测器发生了200m的变化。 关于电场 当电压应用于导体,电场从每个表面产生。在电容传感器中,感应电压应用到探头的感应区为了准确测量,感应区的电场需包含在探针与目标的空间内。如果电场可以传播到其他项目,或者目标的其他地区-在其他项目上这个位置的改变作为衡量在目标的这个位置上测量的变化。一种名为“守卫”的技术是用来防止这种情况发生。要创建一个守卫,感应区背部和四周都是被另一个导体包围,以使这个感应区本身为同一电压。当电压施加到感应区,一个单独的电路应用于完全相同的电压给守卫。因为在感应区和守卫之间没有电压差,所以在他们之间就没有电场。在探针周围或后面的导体能与守
4、卫形成电场,而不是和感应区。只有无守卫的感应区允许和目标形成电场。定义灵敏度表示在目标和探头之间的差距变化时,输出电压的变化。一个常用灵敏度单位是1 V/0.1 mm。这意味着距离每改变0.1mm,输出电压改变1V。以距离为行坐标输出电压为纵坐标描点,这条线的斜率就是灵敏度。在校准时,就设置系统的灵敏度。当灵敏度偏离理想值,这是所谓的灵敏度误差,增益误差,缩放错误。由于灵敏度是一个直线的斜率,灵敏度错误通常是表现为一个百分比的斜坡,一对理想与实际斜率的比较。偏移误差发生时,常值被添加到系统的输出电压。在设置期间电容测量系统通常是“零”,从原来的校准中解决了偏移误差。但是在系统清零后,偏移误差应
5、当改变,误差将被引入到测量。温度的变化是偏移误差的主要因素。灵敏度能够在数据的任何两点之间变化。这一变化的累积效应被称为线性误差。线性度规范是测量输出结果偏离直线多远。 为了计算线性误差,标定数据与最适合这些点的直线相比。这参考线是采用最小二乘拟合数据计算出的。校准线上的误差点中离基准线最远的点是线性误差。线性误差通常在百分之方面表示满量程(/ FS)的。如果在最低点误差为0.001毫米,全面的校准范围为 1毫米,线性误差为0.1。 请注意,线性误差不算到灵敏度误差中。这仅仅是该行的直线度测量,而不是直线的斜率。一个有着严重灵敏度错误的系统仍然可以非常好的线性的。 误差带是线性和灵敏度误差的组
6、合。这是在校准测量范围内最坏的情况下测量的绝对误差。该误差带的计算方法是比较在输出电压和他们的预期值的具体差距。从这个比较最坏情况的错误被列为该系统的误差带。在图7中,最坏的情况下误差为0.50毫米的差距和误差带(粗体)是-0.010。间隔 (mm)预期值(VDC)实际指标 (VDC)误差 (mm)0.5010.0009.8000.0100.755.0004.9000.0051.000.0000.0000.0001.255.0005.0000.0001.5010.00010.1000.005图7:误差值带宽的定义是,当输出频率下降至-3分贝的频率,这也是所谓的截止频率。一个在信号水平-3分贝下
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