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德國Bernstein傳感器測試電路與功能原理
德國Bernstein傳感器測試電路與功能原理
在公司的發展*，博恩斯坦涉足了幾乎所有的重要技術發展的階段，直至今天的工業安全技術，公司以機電開關起步，隨后發展到各個應用領域的電子和磁傳感技術。
一開始為特殊應用而設計的產品，逐漸進入規模生產，通過不斷的累積經驗，形成了*的創新和專業技能。安全方案不斷的向功能性和智能化發展，進而應用于外圍的一些領域，
今天博恩斯坦集團為工業自動化應用提供了一系列完整的安全的零部件和系統，
公司是工業安全技術的供應商。豐富經驗的累積成為在市場上立足的強大的后盾。博恩斯坦為人，機器，和過程提供了完整的系統解決方案。
產品優勢
金屬塑料外殼
交流和直流版本傳感器
感應距離/靈敏度，帶側電位計可調節
全封裝版本，保護等級IP65
堅固的金屬和塑料外殼
帶聚四氟乙烯前蓋的金屬版本
連接器或電纜版本
溫度范圍從-25°C 到 +70°C
防短路版本
設計布局
感應距離從15 mm 到 30 mm
電纜/連接器版本
10 – 60 V DC or 20-250 V AC
PNP / NPN 或者AC版本
常開/常閉版本
功能和操作電壓指示器
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電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量或機械量轉換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方面的測量。常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
特點
1)溫度穩定性好
電容式傳感器的電容值一般與電極材料無關，這有利于選擇溫度系數低的材料，又因本身發熱極小，影響穩定性甚微。而電阻傳感器有銅損，易發熱產生零漂。
2)結構簡單
電容式傳感器結構簡單，易于制造和保證高的精度，可以做得非常小巧，以實現某些特殊的測量；能工作在高溫，強輻射及強磁場等惡劣的環境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測量超高溫和低壓差，也能對帶磁工作進行測量。
3)動態響應好
電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很小(約幾個10^(-5)N)，需要的作用能量極小，又由于它的可動部分可以做得很小很薄，即質量很輕，因此其固有頻率很高，動態響應時間短，能在幾兆赫茲的頻率下工作，特別適用于動態測量。又由于其介質損耗小可以用較高頻率供電，因此系統工作頻率高。它可用于測量高速變化的參數。
4)可以非接觸測量且靈敏度高
可非接觸測量回轉軸的振動或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時，電容式傳感器具有平均效應，可以減小工件表面粗糙度等對測量的影響。
應用
電容式傳感器具有結構簡單、耐高溫、耐輻射、分辨率高、動態響應特性好等優點，廣泛用于壓力、位移、加速度、厚度、振動、液位等測量中。但在使用中要注意以下幾個方面對測量結果的影響：
①減小環境溫度、濕度變化(可能引起某些介質的介電常數或極板的幾何尺寸、相對位置發生變化)；
②減小邊緣效應；
③減少寄生電容；
④使用屏蔽電極并接地(對敏感電極的電場起保護作用，與外電場隔離)；
⑤注意漏電阻、激勵頻率和極板支架材料的絕緣性。
電容式傳感器的測量電路
傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
傳感器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
傳感器工作原理
傳感器一般由敏感元件、轉換元件、變換電路、輔助電源四部分構成，如下圖所示。其中，敏感元件直接接收測量，用于輸出被測量有關的物理量信號，敏感元件主要包括熱敏、光敏、濕敏、氣敏、力敏、聲敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等類;轉換元件用于將敏感元件輸出的物理量信號轉換為電信號;
變換電路用于將轉換元件輸出電信號進行放大、調制等處理;輔助電源用于為系統(主要是敏感元件和轉換元件)提供能量。
功能原理
電容式接近開關可以檢測導電體或不導電體材料，固體或液體材料。它可以用來監控容器內產品的液位，檢查填充和包裝系統的內含物品，以及在順序控制系統、傳送帶系統等場合，實現物體檢測、定位、監控和計數等功能。
可以用于檢測下列介質：
固體：
木材、陶瓷、玻璃、紙疊、塑料、石材、橡膠、冰、有色金屬、土豆；
液體：
水、油、飲料、粘合劑、涂料；
顆粒：
塑膠粒、顆粒產品、糧食、飼料、木片；
粉末：
燃料、洗滌劑、沙、水泥、化肥、鹽、糖、面粉、咖啡。
技術說明
電容式接近開關的功能是評估操作頭對開關感應面電場施加的影響。電容器是由一個位于感應面之后的傳感器電極和一個接地操作頭組成的，它的容量隨著物體的接近程度而隨之增加。
電容的增強取決于操作頭的電導率、介電常數、質量、表面積和它到傳感器電極的距離。電容式限位開關配備了RC振動器，它的增益系數在前述電容器發生電容量上升，而導致振蕩時，隨之增加。
在限位開關中，振蕩所需電容量由內置電位計對振蕩器反饋測量得到。
響應靈敏度，即給定操作頭的感應距離，可以通過這種方式進行調整。振蕩器向評估電路輸出信號，觸發開關放大器。
與接近的導電材料發生響應時，觸發物體和傳感器感應面之間形成了電容板。
電容的改變量和隨之實現的感應距離將會變得很大。
當與接近的不導電材料ε＞1發生響應時，只有介電常數發生有效改變。電容增加量小于導電材料的增加量。產生的感應距離也小。
感應距離
名義感應距離是特定且根據DIN EN60947-5-2/98標準在工廠完成設定的。當相應尺寸的導電材料接近傳感器時，感應距離可以達到大值。
在不導電材料接近時，待檢測材料的介電常數ε是關鍵因素。根據應用場合的不同，特定感應距離隨著特定因素改變而變化，該因素和介電常數有關。這些表格內的數值僅表示響應靈敏度的期
望大小，觸發物體的特定性能（直徑、厚度、濕度等）和環境條件（接地）對響應距離影響也很大。在大多數情況下，可以通過調整內置電位計，以實現適應特定場合的目的。
空隙
采用非齊平方式安裝限位開關時，開關周圍必須留有一定空隙，而且不能包含對開關有影響的材料。非齊平安裝的電容式傳感器的特點是對污垢和凝水不敏感。齊平安裝的電容式傳感器的設計使它們特別適合于感應介電物體。由于電容式接近開關配備調節裝置，非齊平安裝時，空隙變小不會對安裝造成影響。非齊平安裝的電容式接近開關對污垢和凝水不敏感。不過靈敏度增強，可能不利于上述附加效應的發生。
如果電容式接近開關安裝在一起或相對的位置，在實際應用時，試驗距離應在2倍外殼直徑到8倍外殼直徑之間。不過調整設備可以滿足實現所有應用調整。
傳感器應用
傳感器在手機中的應用：重力傳感器，在飛車、天天跑酷等游戲中有著近乎的體現;加速度傳感器，例如手機的搖一搖功能就是對手機的加速度進行感應;光線傳感器，例如手機的自動調光功能;距離傳感器，例如接電話時手機離開耳朵屏幕變亮，手機貼近耳朵屏幕變黑。手機中的傳感器數不勝數，很多功能都是利用傳感器來實現的，在此小編就不一一列舉了。
除手機外，傳感器在日常生活中也有著廣泛的應用，常見的如：自動門，通過對人體紅外微波的傳感來控制其開關狀態;煙霧報警器，通過對煙霧濃度的傳感來實現報警的目的;電子秤，通過力學傳感來測量人或其他物品的重量;水位報警，溫度報警、濕度報警等也都利用的是傳感器來完成其功能。
傳感器技術未來發展將會有哪些趨勢呢？下面我們來看看：
1、開發新式傳感器
新式傳感器，大致應包含：①選用新原理；②添補傳感器空白；③仿生傳感器等諸方面。它們之間是互相聯絡的。傳感器的作業機理是根據各種效應和規律，由此啟示大家進一步探究具有新效應的靈敏功用資料，并以此研發出具有新原理的新式物性型傳感器材，這是開展高功用、多功用、低成本和小型化傳感器的主要途徑。構造型傳感器開展得較早，現在日趨老練。構造型傳感器，通常說它的構造雜亂，體積偏大，報價偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的長處，加之曩昔開展也不行。世界各國都在物性型傳感器方面投入很多人力、物力加強研究，從而使它變成一個值得注意的開展意向。其中運用量子力學諸效應研發的低活絡閾傳感器，用來檢查弱小的信號，是開展新意向之一。
2、集成化、多功用化、智能化
傳感器集成化包含兩種界說，一是同一功用的多元件并排化，行將同一類型的單個傳感元件用集成技能在同一平面上擺放起來，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就歸于這種狀況。集成化的另一個界說是多功用一體化，行將傳感器與放大、運算以及溫度抵償等環節一體化，組裝成一個器材。
跟著集成化技能的開展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼呈現，有的已經變成產品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器開展快、使用廣。
傳感器的多功用化也是其開展方向之一。所謂多功用化的典型實例，美國某大學傳感器研究開展基地研發的單片硅多維力傳感器能夠一起丈量3個線速度、3個離心加速度(角速度)和3個角加速度。主要元件是由4個準確規劃安裝在一個基板上的懸臂梁構成的單片硅構造，9個準確布置在各個懸臂梁上的壓阻靈敏元件。多功用化不只能夠降低出產成本，減小體積，并且能夠有效的前進傳感器的穩定性、可靠性等功用指標。
把多個功用不一樣的傳感元件集成在一起，除可一起進行多種參數的丈量外，還可對這些參數的丈量成果進行歸納處理和評估，可反映出被測體系的全體狀況。由上還能夠看出，集成化對固態傳感器帶來了很多新的時機，一起它也是多功用化的根底。
傳感器與微處理機相結合，使之不只具有檢查功用，還具有信息處理、邏輯判別、自確診、以及“思想”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導體集成化技能把傳感器有些與信號預處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制造在同一塊芯片上，即變成大規模集成智能傳感器。能夠說智能傳感器是傳感器技能與大規模集成電路技能相結合的產品，它的實現將取決于傳感技能與半導體集成化技能水平的前進與開展。這類傳感器具有多能、高功用、體積小、適合大批量出產和運用方便等長處，能夠肯定地說，是傳感器主要的方向之一。
3、新資料開發
傳感器資料是傳感器技能的主要根底，是傳感器技能晉級的主要支持。跟著資料科學的前進，傳感器技能日臻老練，其品種不斷增加，除了早期運用的半導體資料、陶瓷資料以外，光導纖維以及超導資料的開發，為傳感器的開展供給了物質根底。例如，根據以硅為基體的很多半導體資料易于微型化、集成化、多功用化、智能化，以及半導體光熱探測器具有活絡度高、精度高、非觸摸性等特色，開展紅外傳感器、激光傳感器、光纖傳感器等現代傳感器；在靈敏資猜中，陶瓷資料、有機資料開展很快，可選用不一樣的配方混合質料，在精細分配化學成分的根底上，通過高精度成型燒結，得到對某一種或某幾種氣體具有辨認功用的靈敏資料，用于制成新式氣體傳感器。此外，高分子有機靈敏資料，是近幾年大家極為重視的具有使用潛力的新式靈敏資料，可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技能的不斷開展，也促進了更新式資料的開發，如納米資料等。美國NRC公司已開發出納米ZrO2氣體傳感器，操控機動車輛尾氣的排放，對凈化環境作用*，使用遠景對比廣闊。因為選用納米資料制造的傳感器，具有龐大的界面，能供給很多的氣體通道，并且導通電阻很小，有利于傳感器向微型化開展，跟著科學技能的不斷前進將有更多的新式資料誕生。
4、新技能的選用
在開展新式傳感器中，離不開新技能的選用。新技能的意義規模很廣，這兒主要指與開展新式傳感器聯絡格外親近的微細加工技能。該技能又稱微機械加工技能，是這些年跟著集成電路技能開展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學刻蝕等用于微電子加工的技能，現在已不斷增加地用于傳感器范疇，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學氣體淀積(CVD)、外延、擴散、腐蝕、光刻等，迄今已有很多選用上述技能制成的傳感器的國內外報導。
5、智能資料
智能資料是指規劃和操控資料的物理、化學、機械、電學等參數，研發出生物體資料所具有的特性或許優于生物體資料功用的人工資料。有人以為，具有下述功用的資料可稱之為智能資料：具有對環境的判別可自適應功用；具有自確診功用；具有自修正功用；具有自增強功用(或稱時基功用)。
生物體資料的突出特色是具有時基功用，因此這種傳感器特性是微分型的，它對變分有些對比靈敏。反之，長時間處于某一環境并習慣了此環境，則活絡度降低。通常說來，它能適應環境調理其活絡度。除了生物體資料外，有目共睹的智能資料是形狀回憶合金、形狀回憶陶瓷和形狀回憶聚合物。智能資料的探究作業剛剛開始，信任不久的將來會有很大的開展。
隨著物聯網技術推進，對傳感器技術提出了新的要求，產品正在向MEMS工藝技術，無線數據傳輸網絡技術，新材料、納米、薄膜(含SOI)、陶瓷技術，光纖技術；激光技術，復合傳感器技術，多學科交叉的融合技術方向發展。
重要信息 介電常數示例
電容式傳感器能夠檢測導電或不導電材
料，固體、液體、顆粒或粉末。不過在
實際應用中，必須考慮一些關鍵條件。
玻璃
橡膠
復合紙
木材
大理石
礦物油
電容式傳感器應用領域用圖示表示
上海興拓機械在歐美有多個分子公司，整個集團在行業內經營十幾年專門致力于從事上優良工業產品的進出口業務。在公司全體員工的努力及廣大客戶和業界同仁支持之下，公司業務迅速拓展，產品已經廣泛應用于大中型電廠、冶金、石化、環保、紡織、鐵路、船舶、醫藥機械、包裝機械、紡織機械、食品機械、航天航空、樓宇控制等現代工業自動化領域。
德國Bernstein傳感器測試電路與功能原理