Senzor Kapacitivni: aparat i princip rada. Kapacitivni senzori: aplikacija

Moderne industrije, i svakodnevnih ljudskih aktivnosti ljudski, takođe, da je nemoguće zamisliti bez sve vrste elektronskih uređaja. Oni nam pomoći u svakom pogledu, a neki proizvodnih aktivnosti za obavljanje ne uspije bez njih. Za one "pomagači" također treba uključivati kapacitivnim senzorom.

Takozvani konverteri koju parametarske tipa. Mjerenje volumena takvih uređaja se vrši kroz varijacije kapaciteta kada se mijenja nekih važnih parametara. Jednostavno rečeno, procijenjene promjene kapaciteta pod uticajem nekih spoljnih faktora.

Princip rada kapacitivnog senzora

To je ono što Kapacitivni senzori. Princip rada nisu toliko teško, ali da ga shvati što trebate znati nešto. Za početak se setimo princip određivanja kapaciteta kondenzatora. Ova akcija se izražava sljedeće formule:

C = εεₒS / δ.

Ovaj izraz je poznato da mnogi od škole fizike, ali ne bi loše da vas podsetim i povrat, što znači da svaka od varijabli:

• S - površina kondenzatora ploča.
• E - relativna permitivnost dielektrika materijal koji se koristi u kondenzator dizajna.
• εₒ - kao u fizici za označavanje permitivnost slobodnog prostora.
• δ - tako da može odrediti ili debljina dielektrika ploče, ili udaljenost između nekoliko slojeva materijala.

Prema tome, iz gore navedenih formula koja kapacitivnost promijeniti lako. Dovoljno je nekako djelovati na području ploče dielektričnih materijala, a udaljenost između ploča ili direktno sa propusnost koristi u proizvodnji materijala. U skladu s tim, izbor posebnu vrijednost ovisi isključivo na listi zadataka koji su dizajneri uređaj postavili.

Dakle, možemo čak napraviti kapacitivni senzor sa svojim rukama, kao konstruktivnog stajališta je - uobičajeno ravan ili cilindrični kondenzator, od kojih je jedna ploča stalno doživljava pod kontrolom pokreta u prostoru, što dovodi do promjene kapaciteta. Treba imati na umu da je gore formula je važeća samo ako ste potpuno zanemaruju efekte ruba. Mi ćemo razgovarati više o tome u posljednjem dijelu ovog članka.

Treba znati da je takav elektronski uređaji se intenzivno koristi za mjerenje ugaone i linearnog pomaka objekata, izračunavanje veličine, primijenjeni rad, vlažnost, koncentracija aktivne supstance i drugim karakteristikama. S obzirom na strukturalne aspekte pitanje, a onda je rekao bala su napravljeni avion-paralelno, u cilindričnim kućištima sa pin elektrode, sa postavom od dielektričnih materijala, pa čak i bez njega.

Evo kako da rade Kapacitivni senzori. Princip rada nekih od njih treba da znaju u velikoj detalj. U ovom članku ćemo dati neke formule koje mogu biti korisne za vas.

Formula opisati princip rada pojedinih vrsta senzora

Senzor nivoa sa mogućim varijacijama trga dielektrične ploče može biti prilično lako opisani su pomoću sljedeće jednadžbe:

C = εεₒaH / δ.

Pod "X" u ovom slučaju odnosi na dužinu preklapanja elektroda koristi. U skladu s tim, "a" označava širinu ploča kondenzatora. Treba napomenuti da su primenjeni takvih uređaja u različitim oblastima industrije, gdje se koriste za precizno mjerenje kutnih vrijednosti. kapacitet sonde u takvom slučaju je pronašao sledeći izraz:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Kako bi se precizno mjerenje osjetljivosti, trebalo bi da koristite malo drugačiju formulu:

K = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ.

Hajde da vidimo šta se misli pod tim varijable koje su dio ovih jednadžbi:

• r₁ - unutrašnja radijus kondenzatora ploča;
• r₂ - vanjski radijus iste ploče;
• φ - mjereno u ovom trenutku (stvarna) vrijednost kut preklapanja;
• φₒ - početna vrijednost ugla preklapanja.

Na kraju, mi objasniti matematički izraz koji opisuje princip rada kapacitivnog mjerilo sa podesivom jaz vazduha:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Predvidivo, primarni klirens δₒ shvatio, slovo X su isti iznos raseljavanja ploče. Obrati pažnju! Od statičke karakteristike nisu striktno linearna, obično senzor tipa nivoa se koristi za mjerenje vrlo malih pomaka, koji ne prelazi količinu 0,1δₒ. Naravno, ovi uređaji su visoko tražio u preciznom inženjerstvu, gdje čak i manje greške mogu izazvati vrlo ozbiljne probleme.

Gdje se oni mogu koristiti?

Područja moguće primjene su vrlo raznolik. Tako je, u gotovo svim industrijama može zadovoljiti operacija, koji su pod kontrolom ovih uređaja. Oni se koriste za kontrolu punjenja različitih tenkova, a njihov sadržaj može biti likvidan, plinovitih ili čestica (senzor plin).

Prevalencija industrijskih i normalne industrijske aktivnosti ljudski je veći, više pouzdan i lakše dizajnirati takve uređaje. Iz kombinacije ovih simptoma, oni su toliko dobri da se mogu koristiti iu izuzetno agresivan uvjetima drži tankera.

Osim toga, senzor kapacitivni se može koristiti kao prekidač na transportnu liniju ili stroja za proizvodnju radnju. Neophodno je i za većinu precizno pozicioniranje različitih mehanizama.

senzore

Ali sada u velike potražnje senzore blizine, koji su napravljeni od potpuno isti princip. Opseg njihova upotreba i šire. To je zbog uređaje troškova peni koji može raditi u gotovo svim granama industrije. Međutim, postoje tipični industriji gdje su najpopularniji ove vrste opreme:

• Kontrola transparentnih kontejnera fluida ispunjene napravljen od plastike ili stakla.
• Slična funkcija obavlja ih u proizvodnji prehrambenih proizvoda (uključujući i djecu), gdje se gotov proizvod pakiran u posude od transparentnog materijala. Na istom principu zasniva i rad bale kao kapacitivni senzor goriva.
• Za praćenje opasna područja, gdje je to moguće slomljena navijanje žica.
• Kontrolirati sličnim mjestima gdje se može oštetiti nosač pokretne trake.
• Pojedinačno kontrolirati vrstu proizvoda proizvedenih (konverzije limenke, boce, pakovanje).

Nije iznenađujuće, ovi elektronski uređaji su najčešće u raznim preciznost inženjering, proizvodnju električne energije i mnogim drugim industrijama senzora.

inklinometri

Uređaji koji su postali rasprostranjena samo u relativno posljednjih godina su male veličine kapacitivni inklinometar pružanje prenos električne izlazni signal čija magnituda je direktno proporcionalna senzor kuta koristi.

Najčešći glavnih oblasti korištenja ovih uređaja: platforma sistema poravnanje, određivanje skretanje i deformacija raznih vrsta tehničke nosača, kao i preciznu kontrolu ceste, pruge odstupanje u fazi njihove izgradnje.

Osim toga, uz pomoć takvih uređaja odrediti roll teških kamiona i drugih vozila, liftova i industrijski bageri i utvrditi stupanj ugaonog pomeranja za poljoprivredne i industrijske mašine posebno velika.

Vrlo važni kapacitivni senzori nivo goriva u naftnoj industriji. Koriste se iu supertankera koji nose u jedno putovanje desetine i stotine hiljada tona rafiniranih naftnih proizvoda. Ovi uređaji su izuzetno efikasan čak iu vrlo obilan formiranje kondenzata i visok stepen proizvodnje prašine prostora (isti senzor plin).

Smatraju da su njihova upotreba u mjerenju vrijednosti apsolutnog i relativnog nivoa pritiska, kao i debljina dielektričnih materijala, što je izuzetno važno u gotovo svim industrijama u kojima se koriste zaista moćan kondenzatora.

Glavne prednosti Kapacitivni senzori

Treba napomenuti da je kapacitivni senzor ima mnoge prednosti u odnosu na slične uređaje koji se formiraju na nešto drugačijim načelima. Da navesti glavne prednosti ovih kip:

• U proizvodnji, vrlo su jednostavna. Osim toga, većina jednostavan i jeftin materijal može se koristiti u njihovoj proizvodnji. Čak i kapacitivni senzori nivoa gorivo koje se koristi u naftnoj industriji važan objekti imaju izuzetno skromne veličine imaju najniži mogući nivo potrošnje električne energije. Uz sve ove karakteristike, oni se razlikuju odličan nivo osjetljivosti, što je često nedostižan za skuplje uređaje.
• U principu, to može biti kapacitivni senzor sa svojim rukama, koristeći kao svoju bazu više ili manje pouzdane i visoke kvalitete industrijskih kondenzator.
• Kontakti imaju (vrlo rijetko koristi trenutni kolektor), što je izuzetno korisno za rad u uvjetima visoke prašine i vlage.
• izuzetno dug vijek trajanja, jedinica u više navrata uspio "povrati" svoje niske troškove. U skladu s tim, senzor kapacitivni (od kojih je cijena u rasponu 1200-1700 rubalja) je izuzetno profitabilan akvizicije.
• Za kretanje pokretnog dijela uređaja je potrebno da bi iznenađujuće malo truda.
• Uređaj je vrlo lako kombinirati s gotovo svim kategorijama opreme koja se koristi samo u industrijskim aktivnostima.

negativni aspekti

Nažalost, svaki kapacitivni senzor ima određene nedostatke, koji u određenoj mjeri kompliciraju široku upotrebu ove vrste opreme. Mi ih navesti više detalja:

• faktor konverzije (i.e., prijenos) je relativno niska.
• Mala veličina i jednostavnost dizajna doprinose činjenici da je nominiran prilično visoke zahtjeve na kvalitetu projekcije uređajima.
• Dobar senzor kapacitivni nivoa (i drugih sličnih mjernih instrumenata) može efikasno raditi samo na frekvenciji mnogo veći od standardne vrijednosti od 50 Hz.

važne napomene

Međutim, nije sve tako loše. Mnogi proizvođači traže odlične karakteristike zaštita senzora tako što manje promjene u njihovoj strukturi. Što se tiče učestalosti upotrebe, u praksi pokazuju odlične rezultate u širokoj industrijskoj vrijednosti od 400 Hz.

Već smo govorili o lojalnosti Osnovna formula samo ako ignoriranje ruba. Ali je korisno znati da je to zaista može imati negativan učinak samo u slučaju da je udaljenost između dielektrična ploča se može porediti sa vlastite veličine. Osim toga, negativni efekat se može u velikoj mjeri neutralizirati jednostavno pomoću straže prsten. U ovom slučaju, utjecaj granice efekata ne može dobro prenijeti izvan koristi tablice.

Još jednom napominjemo da se isti senzori pritiska se odlikuju izuzetna jednostavnost, koji vam omogućava da napravite čudesno stabilan, izdržljiv i low-cost strukture. Ako odaberete pravo geometrijske dimenzije koristi dielektrična se koristi u proizvodnji takvih kondenzatora materijala ne mogu posebno zabrinut.

Dakle, ispravno pokupiti metalni pečat za proizvodnju kućišta senzora, praktično je zanemariv ni jake oscilacije temperature koja bi mogla dovesti do promjene u kapacitet uređaja i njegove neadekvatne očitavanja. Naravno, to ne otkloniti potrebu za obavljanje temeljne senzore izolovani pritiska i druge takve pokazatelje agresivnog faktora okoline. Uprkos njihovoj jednostavnosti, visoke vlažnosti i povišene razine radijacije može negativno utjecati na pouzdanost uređaja.

Klasifikacija senzora

Koristi se u industrijskim procesima za njihovu proizvodnju vam omogućiti da dijele sve vrste senzora proizvedenih u dvije velike grupe: odnoemkostnye i dvuhemkostnye. Potonji vrsta je podijeljena na diferencijal i poludifferentsialnye. Hajde da ih razmotriti u više detalja.

Odnoemkostny uređaja. U ovom slučaju kolo kapacitivni senzor krajnje jednostavna, jer je njihov glavni dio je najčešći kondenzator sa varijabilnim kapacitet. Nažalost, čak i blago povećane vlažnosti i temperature imaju na preciznost indicija vrlo opipljiv uticaj. Zbog toga, postoje različite senzore često kvar. Za neutralizaciju magnitude takvih grešaka, potrebno je koristiti diferencirane strukture.

Dvuhemkostny senzora. Zapravo, to je samo tako diferenciran strukture. Često je moguće kako bi se zadovoljile senzor kapacitivni nivo je proizveden od strane takve šeme. Ovi uređaji se isporučuju od glavne nedostatke prethodnog modela, ali imaju svoje slabosti. Najznačajniji nedostatak je potreba da se koriste dva ili tri zaštićene žice između samog uređaja i na površini, jer samo na taj način može suzbiti tzv parazitski kapacitet.

Međutim, prilično sofisticirani šema kapacitivnih senzora u ovom slučaju to je lako ignorirati, jer za uzvrat dobiti izuzetno precizne i osjetljive uređaja.

izgradnje senzora Specifičnost

U mnogim slučajevima (od dizajna gledišta) stvaranje takvog uređaja je problematično. To se posebno odnosi kada želite da napravite senzor sa varijabilnim razine kapaciteta. Međutim, iskustvo pokazuje da su mnogi problemi su riješeni gotovo potpuno precizne kalibracije i visoko kvalitetnim materijalima performanse se koriste u proizvodnji. Najčešće te teškoće s kojima se suočavaju proizvođači dvuhemkostnyh senzora.

U principu, specifičnost ove vrste mjernih uređaja je da oni mogu biti predstavljeni kao bezdimenzione odnos dva fizičkih veličina (kontejneri) koji imaju precizan fizički izraz i značenje. Tako da se mogu sigurno pod nazivom "istražuje odnos." Prednost ovih uređaja (njih ogroman plus!) Je da oni uglavnom ne mogu imati u svom dizajnu neke standardne mjere koje se ohladi poboljšava pouzdanost u stvarno ekstremnim situacijama i uvjetima.

Karakterizacija linearnih enkodera

Svi ne-električnih veličina, koji se često potreban za kontrolu u industrijskom okruženju, izuzetno je raznolika i višeznačan. Značajan dio mjera koje su predmet stroge kontrole, čine pravokutni i linearne pokrete čak i različite vrste površina u prostoru. Ako koristite kondenzator koji ima apsolutno uniformi električno polje u jaz, to nije tako teško napraviti elektronskim senzorima, dva od sljedećih vrsta:

• U kojem području elektroda je varijabla.
• Oni koji imaju varijablu jaz između elektroda.

Lako je shvatiti da je prvi tip najpogodniji za fiksiranje stvarno velikih pomeranja, dok pomoću drugog tipa mogu čak primetiti takve kretnje tela u prostoru, čija je magnituda samo nekoliko mikrona!

Senzori za kružno pomicanje

U principu, prema dizajnu i svrsi, skoro su potpuno identični tipu koji je upravo razmatran. Sličnost se manifestuje činjenicom da senzori sa varijabljenom elektrodnom površinom takođe treba koristiti za velika merenja i sa promenljivim rastojanjem između elektroda za male. Po pravilu, takvi uređaji su napravljeni višezisnim, sa mogućnošću promene površine kondenzatorskih ploča.

Da bi se ovo postiglo, prva elektroda je pričvršćena na pokretnu vratilu, a nakon rotacije ona menja svoj položaj u odnosu na drugu, što osigurava promjenu područja preklapanja dielektričnih ploča u kondenzatoru. Naravno, istovremeno je i promena kapaciteta fiksna.

Zaključci

Tako smo ispitali osnovne karakteristike uređaja ovog nivoa, naučili o sferama njihove primjene, karakteristikama dizajna, načinu rada i mogućim tehničkim rješenjima. Kao što ste mogli da shvatite iz članka, prevalencija kapacitivnih senzora i njihova izuzetno velika popularnost bazirani su na veoma atraktivnoj ceni takvih uređaja i dugog vijeka trajanja čak iu teškim okruženjima.

Sve ovo je moguće zahvaljujući činjenici da su sa konstruktivnog stanovišta svi ovi metri standardni kondenzatori koji se odlikuju donekle neobičnim načinom njihovog korištenja. Međutim, vi to možete saznati tako što ćete opet pogledati matematičke formule koje uopšteno govore o principima rada instrumentacije.