Senzor capacitiv: aparate și principiul de funcționare. Senzori capacitivi: aplicație

Industria modernă și activitățile umane umane de zi cu zi, de asemenea, este imposibil să ne imaginăm, fără a tot felul de dispozitive electronice. Ei ne ajută în orice mod, iar unele operații de fabricație pentru a efectua nu reușește fără ele. Pentru aceste „ajutoare“ ar trebui să includă, de asemenea, un senzor capacitiv.

Așa numitele convertoare realizate de tip parametric. Măsurarea unui volum astfel de dispozitive se realizează prin variații de capacitate la schimbarea unor parametri importanți. Pur și simplu pune, modificarea estimată capacitate sub influența unor factori externi.

Principiul de funcționare al senzorului capacitiv

Asta e ceea ce senzorii capacitivi. Principiul de funcționare nu sunt atât de dificil, dar pentru a înțelege ce trebuie să știi ceva. Pentru a începe cu noi amintim principiul determinării capacitatea condensatorului. Această acțiune este exprimată prin următoarea formulă:

C = εεₒS / δ.

Această expresie este cunoscută pentru mulți din curs de fizica școală, dar nu ar strica pentru a reîmprospăta memoria si amintesc, ceea ce înseamnă că fiecare dintre variabilele:

• S - suprafață de plăcile condensatorului.
• E - permitivitatea relativă a materialului dielectric utilizat în proiectarea condensator.
• εₒ - la fel ca în fizica pentru a desemna permitivitatea de spațiu liber.
• δ - deci poate fi desemnat sau grosimea plăcii dielectrice, sau distanța dintre mai multe straturi de material.

Astfel, din formula de mai sus că capacitanța schimba cu ușurință. Este suficient cumva acționează pe suprafața plăcii de material dielectric, o distanță între plăci sau direct cu permeabilitatea utilizată la fabricarea materialului. Prin urmare, selectarea o valoare deosebită depinde exclusiv pe lista de sarcini pe care designerii de dispozitive au stabilit.

Astfel, putem face chiar și un senzor capacitiv cu mâinile, ca un punct de vedere constructiv, este - condensatorul plat sau cilindric obișnuit, dintre care o placă se confruntă în mod constant o mișcare controlată în spațiu, ceea ce duce la o schimbare în capacitate. Trebuie amintit faptul că formula de mai sus este valabilă numai dacă neglija complet efectele de margine. Vom vorbi mai mult despre acest lucru în secțiunea finală a acestui articol.

Trebuie cunoscut faptul că aceste aparate electronice sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea deplasărilor unghiulare și liniare ale obiectelor, calcularea mărimii, lucrările aplicate, umiditatea, concentrația substanței active și alte caracteristici. În ceea ce privește aspectele structurale ale întrebării, apoi a spus baloturi sunt plane paralele, în carcase cilindrice cu electrozi pini, cu o căptușeală dintr-un material dielectric, și chiar fără ea.

Iată cum să opereze senzori capacitivi. Principiul de funcționare a unora dintre ei trebuie să cunoască în detaliu. În acest articol vom da câteva formule care pot fi utile pentru tine.

Formula pentru a descrie principiul de funcționare a anumitor tipuri de senzori

Senzor de nivel cu o posibilă variație a pătrat plăcilor dielectrice poate fi destul de ușor descrisă utilizând următoarea ecuație:

C = εεₒaH / δ.

Prin „X“, în acest caz, se referă la lungimea de suprapunere a electrozilor utilizați. Prin urmare, „a“ reprezintă lățimea plăcilor condensatorului. Trebuie remarcat faptul că astfel de dispozitive au fost aplicate în diferite domenii ale industriei, în cazul în care acestea sunt utilizate pentru măsurarea precisă a valorilor unghiulare. Capacitatea transductorului într-un astfel de caz se măsoară prin următoarea expresie:

C = εεₒ (r₂- Rj) / 2δ * (φₒ-φ).

Pentru a măsura cu precizie sensibilitatea, ar trebui să utilizați o formulă ușor diferită:

K = εεₒ (Rj r₂-) / 2δ.

Să vedem ce se înțelege prin acele variabile care fac parte din aceste ecuații:

• Rj - raza interioară a plăcilor condensatorului;
• radicalii - raza exterioară aceeași placă;
• φ - măsurat la momentul valoarea (reală) a unghiului de suprapunere;
• φₒ - valoarea inițială a unghiului de suprapunere.

În cele din urmă, vom explica expresia matematică care descrie principiul de funcționare al gabaritului capacitiv cu strat de aer reglabil:

C = εεₒS / (δₒ-X).

În mod previzibil, clearance-ul primar δₒ înțeles, litera X sunt aceeași cantitate de deplasare a plăcii. Acorde o atenție! Deoarece caracteristicile statice nu sunt strict liniare, de obicei, senzorul de nivel de tipul celor utilizate pentru a măsura deplasări foarte mici, care nu va depăși 0,1δₒ cantitate. Desigur, aceste dispozitive sunt foarte cerute in inginerie de precizie, în cazul în care chiar și erori minore pot cauza probleme destul de grave.

Unde pot fi ele utilizate?

Domeniile de aplicare posibile sunt extrem de diverse. Astfel, în aproape toate industriile se pot întâlni operațiunii, care sunt controlate de aceste dispozitive. Acestea sunt utilizate pentru a controla umplerea diferitelor rezervoare de, iar conținutul lor poate fi (senzor de gaz) lichid, gazos sau sub formă de particule.

Prevalența activității industriale umane industriale și normală este mai mare, mai fiabile și mai ușor de a proiecta astfel de dispozitive. Din combinarea acestor simptome, ele sunt atât de bine încât acestea să poată fi utilizate chiar și în condiții extrem de agresive, deține tancuri petroliere.

În plus, senzorul capacitiv poate fi utilizat ca un limitator de cursă pe linia de transport sau de mașină magazin de fabricație. Este necesar și pentru poziționarea cât mai precisă a diferitelor mecanisme.

senzori de proximitate

Dar acum , în cerere mare de senzori de proximitate, care sunt realizate din exact același principiu. Gama de utilizare a acestora este chiar mai mare. Acest lucru se datorează dispozitivelor de cost penny, care pot lucra în aproape toate tipurile de industrie. Cu toate acestea, există industrie tipice în cazul în care acest tip de echipament sunt cele mai populare:

• Controlul containerelor transparente umplute cu lichid din plastic sau sticlă.
• O funcție similară este realizată de acestea în fabricarea produselor alimentare (inclusiv copii), în cazul în care produsul finit este ambalat în recipiente din materiale transparente. Pe același principiu bazat și activitatea balot ca un senzor capacitiv de combustibil.
• Pentru monitorizarea zonelor periculoase, acolo unde este posibil rupte sârmă de lichidare.
• Controlați locuri similare în cazul în care banda transportoare purtător ar putea fi deteriorate.
• controlul individual tipul de produse fabricate (conversia cutii, sticle, ambalaje).

Nu este surprinzator, aceste dispozitive electronice sunt cele mai comune în inginerie de precizie, generarea de energie electrică și multe alte industrii varietate de senzori.

inclinometers

Dispozitivele care au devenit predominante doar în ultimii ani relativ sunt înclinometru de mici dimensiuni capacitiv furnizează semnal de ieșire electrică de transport a cărui mărime este direct proporțională cu senzorul unghiului de utilizat.

Cel mai frecvent domeniu major al utilizării acestor dispozitive: sistem de aliniere platforma, determinarea deformării și deformarea de diferite tipuri de grinzi suport tehnic, precum și controlul precis al drumului, de deviere de cale ferată la etapa construcției lor.

Mai mult decât atât, folosind astfel de dispozitive determina rola de camioane grele și alte vehicule, elevatoare și excavatoare industriale și stabili gradul de deplasare unghiulară pentru mașini agricole și industriale deosebit de mari.

capacitive foarte important senzori nivelul de combustibil în industria petrolieră. Ele sunt folosite chiar și în supertankerele care transporta într-una zeci excursie și sute de mii de tone de produse petroliere rafinate. Aceste dispozitive sunt extrem de eficiente chiar și în formarea foarte abundentă a condensului și un grad înalt de suprafață de producție de praf (același senzor de gaz).

Ei găsesc utilizarea lor în valorile de măsurare ale nivelurilor absolute și relative de presiune precum și grosimea materialului dielectric, care este extrem de important în aproape toate industriile în care sunt utilizate condensatoare cu adevărat puternice.

Principalele avantaje ale senzori capacitivi

Trebuie remarcat faptul că senzorul capacitiv are multe avantaje în comparație cu dispozitive similare, care sunt formate pe principii oarecum diferite. Să enumere principalele avantaje ale acestor KIP:

• În industria prelucrătoare, acestea sunt extrem de simple. În plus, materialele cele mai simple și ieftine pot fi utilizate în producția lor. Chiar și senzori de nivel de combustibil capacitiv utilizate în industria petrolieră obiectele importante au dimensiuni extrem de modeste au cel mai scăzut nivel posibil al consumului de energie electrică. Cu toate aceste caracteristici, ele diferă excelent nivel de sensibilitate, care este de multe ori imposibil de atins pentru dispozitivele mai scumpe.
• În principiu, acesta poate fi un senzor capacitiv cu mâinile, folosind ca bază orice condensator industriale mai mult sau mai puțin fiabile și de înaltă calitate.
• Contactele pe care le au (folosite foarte rar un colector de curent), care este extrem de benefic pentru lucrul în condiții de praf și umiditate ridicată.
• durată de viață extrem de lungă, unitatea gestionează în mod repetat, pentru a „recucerirea“ costul lor scăzut. Prin urmare, senzorul capacitiv (al căror preț este în intervalul 1200-1700 ruble) este de achiziție extrem de profitabilă.
• Pentru deplasarea porțiunii mobile a dispozitivului este necesar pentru a face efort surprinzător de puțin.
• Aparatul este foarte usor de combinat cu aproape toate categoriile de echipamente care este utilizată numai în activități industriale.

aspecte negative

Din păcate, fiecare senzor capacitiv are anumite dezavantaje, care într-o anumită măsură, complică utilizarea pe scară largă a acestui tip de echipament. Noi le în mai multe detalii:

• factor de conversie (adică, transmisie) este relativ scăzută.
• Dimensiunile mici și simplitatea designului contribuie la faptul că nominalizatul cerințe destul de ridicate privind calitatea dispozitivelor de screening.
• Senzor capacitiv de bun nivel (și alte instrumente de măsurare similare) pot funcționa în mod eficient numai la o frecvență mult mai mare decât valoarea standard de 50 Hz.

Anunțuri importante

Cu toate acestea, toate nu este atât de rău. Mulți producători caută caracteristici excelente de ecranare a senzorilor de a face modificări minore în structura lor. În ceea ce privește frecvența de utilizare, în practică, ele arată rezultate excelente în valoare industrială pe scară largă de 400 Hz.

Am vorbit deja despre loialitatea față de formula de bază numai dacă ignoră efectul de margine. Dar este util să se știe că poate avea într-adevăr un efect negativ numai în cazul în care distanța dintre plăcile dielectrice este comparabilă cu propria lor dimensiune. Mai mult, efectul negativ poate fi neutraliza în mare măsură pur și simplu, folosind inelul de paza. În acest caz, impactul efectelor de frontieră nu poate transfera mult dincolo de plăcile folosite.

Încă o dată, observăm că aceiași senzori de presiune sunt caracterizate printr-o simplitate remarcabilă, care vă permite să creați o structură stabilă în chip minunat, durabil și low-cost. Dacă alegeți dimensiunile geometrice drepte folosite dielectric este utilizat în producerea de astfel de materiale de condensatoare nu pot în mod special îngrijorat.

Astfel, în mod corect ridicarea timbrului de metal pentru fabricarea carcasei senzorului, este fluctuațiile de temperatură chiar și puternice practic neglijabile, care ar putea duce la o modificare a capacitanță dispozitivului și citirile sale inadecvate. Desigur, acest lucru nu exclude nevoia de a efectua senzori de presiune minuțioase izolate și alți indicatori ai factorilor de mediu agresivi. În ciuda simplității lor, umiditate ridicată și niveluri ridicate de radiații poate afecta negativ fiabilitatea dispozitivului.

Clasificarea senzorilor

Utilizat în procesele industriale pentru producția lor vă permit să partajați toate tipurile de senzori produse în două grupe mari: odnoemkostnye și dvuhemkostnye. Acest din urmă tip este împărțit în diferențial și poludifferentsialnye. Să le ia în considerare mai detaliat.

Dispozitiv Odnoemkostny. În acest caz, circuitul de senzor capacitiv extrem de simplu, din moment ce partea lor principală este cel mai frecvent condensator cu capacitate variabilă. Din păcate, chiar și o umiditate ușor crescută și temperatură au asupra exactității indicațiilor de impact foarte tangibil. Din acest motiv, există diverși senzori adesea disfuncționalități. Pentru a neutraliza amploarea astfel de erori, este necesar să se utilizeze structura diferențiată.

senzor Dvuhemkostny. De fapt, este doar o astfel de structură diferențiată. Adesea este posibil pentru a satisface senzorul de nivel capacitiv este fabricat de o astfel de schemă. Aceste dispozitive sunt livrate din principalele dezavantaje ale modelului precedent, dar au propriile lor slăbiciuni. Cel mai important dezavantaj este necesitatea de a utiliza două sau trei fire ecranate între dispozitiv și suprafața, deoarece numai în acest mod se poate suprima așa-numitele parazitare capacitate.

Cu toate acestea, o schemă destul de sofisticat de senzori capacitivi , în acest caz , este ușor de ignorat, pentru că în schimb veți obține un dispozitiv extrem de precisă și sensibilă.

Senzori Specificitatea pentru construirea

În multe cazuri (din punct de vedere al designului) crearea unor astfel de dispozitive este problematică. Acest lucru este valabil mai ales atunci când doriți să creați un senzor cu niveluri variabile de capacitate. Cu toate acestea, experiența arată că multe dintre problemele sunt rezolvate aproape complet de calibrare precisă și materiale de înaltă performanță utilizate în producție. Cel mai adesea aceste dificultăți cu care se confruntă producătorii dvuhemkostnyh senzori.

În general, specificitatea acestui tip de dispozitive de măsurare este că acestea pot fi reprezentate ca un raport adimensional de două mărimi fizice (recipiente) , care au o expresie fizică precisă și semnificație. Așa că acestea pot fi numite în condiții de siguranță „sonde relație.“ Avantajul acestor dispozitive (le plus imens!) Este că acestea, în general, nu pot avea în design-ul unor măsuri standard, care răcesc îmbunătățește fiabilitatea în situații și condiții foarte extreme.

Caracterizarea codificatoare liniare

Toate valorile non-electrice, care este adesea necesară pentru a controla într-un mediu industrial, este extrem de diversă și cu multiple fațete. O parte semnificativă a măsurilor care fac obiectul unor controale stricte, fac mișcări unghiulare și liniare chiar diferite tipuri de suprafețe în spațiu. Dacă utilizați un condensator care are câmp electric absolut uniform în decalajul, nu este atât de dificil de a face senzori electronici două dintre următoarele tipuri:

• În care zona electrozilor este variabilă.
• Cei care au un decalaj variabil între electrozi.

Este ușor de înțeles că primul tip este cel mai potrivit pentru fixarea mișcării într-adevăr mare, în timp ce folosind al doilea soi poate fi observat chiar și o mișcare a corpului în spațiu, a cărui valoare este egală cu doar câteva microni!

Senzori pentru determinarea deplasării unghiulare

In general, prin design și scop, ele aproape complet identic cu tipul de contact precedent. Similitudinea se manifestă în faptul că senzorii sunt electrozi dintr-o zonă de variabile, de asemenea, ar trebui să fie utilizate pentru dimensiuni mai mari și cu o distanță variabilă între electrozii înșiși - mici. De obicei, astfel de dispozitive sunt realizate mai multe în secțiune, cu posibilitatea de a schimba aria plăcilor condensatorului.

Pentru a realiza acest lucru, un prim electrod fixat pe arborele mobil în rotație care își schimbă poziția sa în raport cu cea de a doua zonă de schimbare, care asigură suprapunerea plăcilor dielectrice în condensator. Firește, când a înregistrat o schimbare în capacitate.

constatări

Așa că am discutat despre caracteristicile de bază ale nivelului instrumentului, aflat despre domeniile lor de aplicare, cu privire la caracteristicile de proiectare, principiul de acțiune și posibilele soluții tehnice. După cum puteți înțelege din articol, prevalența senzori capacitivi și popularitatea lor extrem de mare se bazează pe prețul foarte atractiv de astfel de dispozitive și o durată lungă de viață chiar și în condiții dificile de mediu.

Toate acestea sunt posibile datorită faptului că, din punct de vedere constructiv, toate aceste contoare sunt doar condensatoare standard, care sunt caracterizate printr-un mod oarecum neobișnuit de aplicare a acestora. Cu toate acestea, puteți și de a afla pentru tine, încă o dată se uită la formulele matematice care reflectă în linii mari principiile kip de lucru.