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bernstein電容式傳感器主要作用與特性

發(fā)布時(shí)間:2024-04-14
bernstein電容式傳感器主要作用與特性
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主要作用
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺器官。
而單靠人們自身的感覺器官,在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況,就需要傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。
新技術(shù)革命的到來,世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中,首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中,要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù),使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或佳狀態(tài),并使產(chǎn)品達(dá)到好的質(zhì)量。因此可以說,沒有眾多的優(yōu)良的傳感器,現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。
在基礎(chǔ)學(xué)科研究中,傳感器更具有突出的地位?,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)入了許多新領(lǐng)域:例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙,微觀上要觀察小到fm的粒子世界,縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化,短到s的瞬間反應(yīng)。此外,還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種技術(shù)研究,如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、*磁場、超弱磁場等等。顯然,要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息,沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙,首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難,而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn),往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展,往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的。
傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域??梢院敛豢鋸埖卣f,從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng),幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目,都離不開各種各樣的傳感器。
由此可見,傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用,是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來,傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍,達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。
主要特性:
傳感器動(dòng)態(tài)
所謂動(dòng)態(tài)特性,是指傳感器在輸入變化時(shí),它的輸出的特性。在實(shí)際工作中,傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得,并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系,往往知道了前者就能推定后者。常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種,所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。
線性度
通常情況下,傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中,為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù),常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。
擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線;或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為小的理論直線作為擬合直線,此擬合直線稱為小二乘法擬合直線。
靈敏度
靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。
它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系,則靈敏度s是一個(gè)常數(shù)。否則,它將隨輸入量的變化而變化。
靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如,某位移傳感器,在位移變化1mm時(shí),輸出電壓變化為200mv,則其靈敏度應(yīng)表示為200mv/mm。
當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí),靈敏度可理解為放大倍數(shù)。
提高靈敏度,可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高,測(cè)量范圍愈窄,穩(wěn)定性也往往愈差。
分辨率
分辨率是指傳感器可感受到的被測(cè)量的小變化的能力。也就是說,如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí),傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化,即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時(shí),其輸出才會(huì)發(fā)生變化。
通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率并不相同,因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的大變化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示,則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。
上海機(jī)械,總部位于中國的經(jīng)濟(jì)中心上海,交通環(huán)境四通八達(dá),經(jīng)常程度十分發(fā)達(dá)。公司從事自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備和電線電纜、發(fā)電機(jī)、傳感器等設(shè)備的貿(mào)易已經(jīng)超過了十年。
在貿(mào)易中主要做,機(jī)械自動(dòng)化和器械設(shè)備貿(mào)易。公司從業(yè)十多年以來,一直走在行業(yè)的前端,提倡更好的服務(wù)于客戶和為了客戶尋求更好的進(jìn)口商品。
在機(jī)械和電子設(shè)計(jì),以及開關(guān),傳感器,工業(yè)機(jī)箱等領(lǐng)域有著*的業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn),因此能夠充分保證我們有足夠的能力為您的企業(yè)提供綜合全面的解決方案。
我們的目標(biāo)是在任何時(shí)候都為機(jī)器操作員、機(jī)器和生產(chǎn)過程提供大限度的安全保證。我們還將與我們的顧客做進(jìn)一步協(xié)作,從而提供更加具體細(xì)致地解決方案。
總之,我們所提供的方案,不僅*符合安全規(guī)范,而且還能滿足特定的應(yīng)用安全需求。
常見種類
激光
利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。
它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量儀表,它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量,速度快,精度高,量程大,抗光、電*力強(qiáng)等。
激光傳感器工作時(shí),先由激光發(fā)射二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器,被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器,因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào),并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。
利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。激光傳感器常用于長度(zls-px)、距離(ldm4x)、振動(dòng)(zlds10x)、速度(ldm30x)、方位等物理量的測(cè)量,還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等。
霍爾
霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器,廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面?;魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù),能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。
霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。
1、線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成,它輸出模擬量。
2、開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器,斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成,它輸出數(shù)字量。
霍爾電壓隨磁場強(qiáng)度的變化而變化,磁場越強(qiáng),電壓越高,磁場越弱,電壓越低?;魻栯妷褐岛苄?,通常只有幾個(gè)毫伏,但經(jīng)集成電路中的放大器放大,就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。若使霍爾集成電路起傳感作用,需要用機(jī)械的方法來改變磁場強(qiáng)度。下圖所示的方法是用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開關(guān),當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí),磁場偏離集成片,霍爾電壓消失。這樣,霍爾集成電路的輸出電壓的變化,就能表示出葉輪驅(qū)動(dòng)軸的某一位置,利用這一工作原理,可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時(shí)傳感器?;魻栃?yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器,它要有外加電源才能工作,這一特點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
主要分類:
按測(cè)量目
物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的。
化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。
生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的,用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。
按其構(gòu)成
基本型傳感器:是一種基本的單個(gè)變換裝置。
組合型傳感器:是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。
應(yīng)用型傳感器:是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。
按作用形式
按作用形式可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。
主動(dòng)型傳感器又有作用型和反作用型,此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào),能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化,或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型,檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。雷達(dá)與無線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例,而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例。
被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào),如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。
常用術(shù)語:
激勵(lì)
為使傳感器正常工作而施加的外部能量(電壓或電流)。
大激勵(lì)
在市內(nèi)條件下,能夠施加到傳感器上的激勵(lì)電壓或電流的大值。
輸入阻抗
在輸出端短路時(shí),傳感器輸入端測(cè)得的阻抗。
輸出
有傳感器產(chǎn)生的與外加被測(cè)量成函數(shù)關(guān)系的電量。
輸出阻抗
在輸入端短路時(shí),傳感器輸出端測(cè)得的阻抗。
零點(diǎn)輸出
在室內(nèi)條件下,所加被測(cè)量為零時(shí)傳感器的輸出。
滯后
在規(guī)定的范圍內(nèi),當(dāng)被測(cè)量值增加和減少時(shí),輸出中出現(xiàn)的大差值。
遲后
輸出信號(hào)變化相對(duì)于輸入信號(hào)變化的時(shí)間延遲。
漂移
在一定的時(shí)間間隔內(nèi),傳感器輸出中有與被測(cè)量無關(guān)的不需要的變化量。
電容式傳感器
電容式接近開關(guān)檢測(cè)的導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料,可以是固體或液體狀態(tài)。他們服務(wù)的目的是監(jiān)測(cè)容器產(chǎn)品狀態(tài),檢查灌裝和包裝系統(tǒng)內(nèi)容以及檢測(cè),定位,監(jiān)控和計(jì)數(shù)物體,例如順序控制系統(tǒng),傳送帶。
把被測(cè)的機(jī)械量,如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其常用的形式是由兩個(gè)平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器(見圖)。若忽略邊緣效應(yīng),平板電容器的電容為εs/d,式中ε為極間介質(zhì)的介電常數(shù),s為兩極板互相覆蓋的有效面積,d為兩電極之間的距離。d、s、ε三個(gè)參數(shù)中任一個(gè)的變化都將引起電容量變化,并可用于測(cè)量。因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來測(cè)量微小的線位移或由于力、壓力、振動(dòng)等引起的極距變化(見電容式壓力傳感器)。面積變化型一般用于測(cè)量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測(cè)量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測(cè)定。
原理
電容式傳感器也常常被人們稱為電容式物位計(jì),電容式物位計(jì)的電容檢測(cè)元件是根據(jù)圓筒形電容器原理進(jìn)行工作的,電容器由兩個(gè)絕緣的同軸圓柱極板內(nèi)電極和外電極組成,在兩筒之間充以介電常數(shù)為e的電解質(zhì)時(shí),兩圓筒間的電容量為c=2∏el/lnd/d,式中l(wèi)為兩筒相互重合部分的長度;d為外筒電極的直徑;d為內(nèi)筒電極的直徑;e為中間介質(zhì)的電介常數(shù)。在實(shí)際測(cè)量中d、d、e是基本不變的,故測(cè)得c即可知道液位的高低,這也是電容式傳感器具有使用方便,結(jié)構(gòu)簡單和靈敏度高,價(jià)格便宜等特點(diǎn)的原因之一。
技術(shù)說明
電容式接近開關(guān)的功能是評(píng)估操作頭對(duì)開關(guān)感應(yīng)面電場施加的影響。電容器是由一個(gè)位于感應(yīng)面之后的傳感器電極和一個(gè)接地操作頭組成的,它的電容量隨著物體的接近程度而隨之增加。電容的增強(qiáng)取決于操作頭的電導(dǎo)率、介電常數(shù)、質(zhì)量、表面積和它到傳感器電極的距離。電容式限位開關(guān)配備了rc振
動(dòng)器,它的增益系數(shù)在前述電容器發(fā)生電容量上升,而導(dǎo)致振蕩時(shí),隨之增加。
在限位開關(guān)中,振蕩所需電容量由內(nèi)置電位計(jì)對(duì)振蕩器反饋測(cè)量得到。
響應(yīng)靈敏度,即給定操作頭的感應(yīng)距離,可以通過這種方式進(jìn)行調(diào)整。振蕩器向評(píng)估電路輸出信號(hào),觸發(fā)開關(guān)放大器。
與接近的導(dǎo)電材料發(fā)生響應(yīng)時(shí),觸發(fā)物體和傳感器感應(yīng)面之間形成了電容板。
電容的改變量和隨之實(shí)現(xiàn)的感應(yīng)距離將會(huì)變得很大。
當(dāng)與接近的不導(dǎo)電材料ε>1發(fā)生響應(yīng)時(shí),只有介電常數(shù)發(fā)生有效改變。電容增加量小于導(dǎo)電材料的增加量。產(chǎn)生的感應(yīng)距離也小。
用來檢測(cè)媒質(zhì)例如:
固體:
木頭
陶瓷
玻璃
紙堆
塑料
石頭
橡膠

有色金屬
金屬
土豆

染料
洗滌劑

水泥
肥料


面粉
咖啡
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
交流和直流版本傳感器
感應(yīng)距離/靈敏度,帶側(cè)電位計(jì)可調(diào)節(jié)
全封裝版本,保護(hù)等級(jí)ip65
堅(jiān)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(shè)計(jì)布局
感應(yīng)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
常用性能指標(biāo)
感應(yīng)距離
名義感應(yīng)距離是特定且根據(jù)din en60947-5-2/98標(biāo)準(zhǔn)在工廠完成設(shè)定的。當(dāng)相應(yīng)尺寸的導(dǎo)電材料接近傳感器時(shí),感應(yīng)距離可以達(dá)到大值。
在不導(dǎo)電材料接近時(shí),待檢測(cè)材料的介電常數(shù)ε是關(guān)鍵因素。根據(jù)應(yīng)用場合的不同,特定感應(yīng)距離隨著特定因素改變而變化,該因素和介電常數(shù)有關(guān)。這些
表格內(nèi)的數(shù)值僅表示響應(yīng)靈敏度的期望大小,觸發(fā)物體的特定性能(直徑、厚度、濕度等)和環(huán)境條件(接地)對(duì)應(yīng)距離影響也很大。在大多數(shù)情況下可以通過調(diào)整內(nèi)置電位計(jì),以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)特定場合的目的。
應(yīng)用說明
電容式接近開關(guān)的一個(gè)特別的應(yīng)用領(lǐng)域,是從外部檢測(cè)非金屬容器內(nèi)的液位高度。優(yōu)點(diǎn):無需在容器上開孔,就能檢測(cè)產(chǎn)品液位。待檢測(cè)的介質(zhì)不需要與
限位開關(guān)接觸。實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的先決條件是待檢測(cè)材料的介電常數(shù)和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于容器的值。接近開關(guān)的響應(yīng)靈敏度必須通過內(nèi)置電位計(jì)降低,直至對(duì)介質(zhì)有響應(yīng)而對(duì)容器壁不響應(yīng)的程度。
一般數(shù)據(jù)表:
圖:
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
交流和直流版本傳感器
帶可編程輸出,pnp/npnandno/nc的m32
帶繼電器輸出和計(jì)時(shí)器版本的m32
可調(diào)節(jié)的電位器感應(yīng)距離/靈敏度
全封裝版本,保護(hù)等級(jí)ip65
堅(jiān)固的金屬外殼
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(shè)計(jì)布局
感應(yīng)距離從10mm到30mm
電纜/連接器版本
10–60vdcor20-250vac
pnp/npn或者ac版本,繼電器輸出
常開/常閉版本
功能和操作電壓指示器
標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo):
標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)指的是厚度為1mm,由fe360制成的方形板。
實(shí)際感應(yīng)距離(sr):
實(shí)際感應(yīng)距離在開關(guān)頻率:開關(guān)頻率按照en60947-5-2標(biāo)額定電壓和23℃+/-5℃的外界溫度下準(zhǔn)測(cè)得。邊長為“a”的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)安裝在
測(cè)量得到。它的大小必須在名義感應(yīng)距一塊以“2a”為間隔,施加小影響力離大小的90%-110%之間。圓盤上,然后在名義感應(yīng)距離一半的位置經(jīng)
過接近開關(guān)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)啟動(dòng)或關(guān)閉時(shí)間低于50微秒時(shí),開關(guān)頻率達(dá)到大值。對(duì)于交有效感應(yīng)距離(su):有效感應(yīng)距離是在流接近開關(guān)來說,開關(guān)頻率在啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)允許溫度和電壓范圍內(nèi)測(cè)得的距離。間等于電源頻率的半波長時(shí)。
它的大小應(yīng)在實(shí)際感應(yīng)距離的80%-120%之間。
保證感應(yīng)距離(sa):
(工作感應(yīng)距離):
它是可以在溫度、電壓以及公差變化影響下有效使用的距離。它的大小在名義感應(yīng)距離的0%到72之間。
方形目標(biāo)側(cè)邊長度“a”表示由感應(yīng)面所確定的圓的直徑。它的邊長取感應(yīng)面直徑和三倍名義感應(yīng)距離中的較大值。
目標(biāo)必須接地以保證相當(dāng)?shù)母袘?yīng)距離。
長方形電容式接近開關(guān)的感應(yīng)距離由接地目標(biāo)測(cè)量得到,其中接地目標(biāo)的大小與限位開關(guān)感應(yīng)面大小一致。
感應(yīng)距離:感應(yīng)距離可以改變輸出級(jí)的狀態(tài),它可以影響物體和感應(yīng)面之間的距離。
應(yīng)用說明
電容式接近開關(guān)的一個(gè)特別的應(yīng)用領(lǐng)域,是從外部檢測(cè)非金屬容器內(nèi)的液位高度。優(yōu)點(diǎn):無需在容器上開孔,就能檢測(cè)產(chǎn)品液位。待檢測(cè)的介質(zhì)不需要與
限位開關(guān)接觸。實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的先決條件是待檢測(cè)材料的介電常數(shù)和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于容器的值。接近開關(guān)的響應(yīng)靈敏度必須通過內(nèi)置電位計(jì)降低,直至對(duì)介質(zhì)有響應(yīng)而對(duì)容器壁不響應(yīng)的程度。
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