Kapasitif sensor: aparatus dan prinsip operasi. sensor kapasitif: Permohonan

industri moden, dan setiap hari aktiviti manusia manusia, juga, ia adalah mustahil untuk membayangkan tanpa semua jenis alat-alat elektronik. Mereka membantu kami dalam segala hal, dan beberapa operasi pengeluaran untuk melaksanakan tidak berjaya tanpa mereka. Kepada orang-orang "pembantu" juga perlu termasuk sensor kapasitif.

Yang dikenali sebagai penukar dibuat mengikut jenis parametrik. Pengukuran jumlah peranti sedemikian dilakukan melalui variasi kemuatan apabila menukar beberapa parameter penting. Pendek kata, perubahan anggaran dalam kemuatan di bawah pengaruh beberapa faktor luaran.

Prinsip operasi sensor kapasitif

Itulah yang sensor kapasitif. Prinsip operasi mereka tidak begitu sukar, tetapi untuk memahami itu anda perlu tahu sesuatu. Sebagai permulaan kita ingat prinsip menentukan kemuatan pemuat. Tindakan ini dinyatakan oleh formula berikut:

C = εεₒS / δ.

Ungkapan ini dikenali ramai dari kursus fizik sekolah, tetapi ia tidak akan mendatangkan mudarat kepada mengingatkan semula dan penarikan balik anda, yang bermakna setiap pembolehubah:

• S - kawasan plat kapasitor.
• E - ketelusan relatif bahan dielektrik yang digunakan dalam reka bentuk kapasitor.
• εₒ - seperti dalam fizik untuk menunjukkan ketelusan ruang bebas.
• δ - jadi ia boleh ditetapkan atau ketebalan plat dielektrik, atau jarak antara beberapa lapisan bahan.

Oleh itu, dari formula di atas bahawa kemuatan menukar dengan mudah. Cukup entah bagaimana bertindak ke atas kawasan plat bahan dielektrik, jarak antara plat atau secara terus dengan kebolehtelapan yang digunakan dalam pembuatan bahan. Oleh itu, pemilihan nilai tertentu bergantung semata-mata kepada senarai tugas yang pereka peranti telah ditetapkan.

Oleh itu, kita juga boleh membuat sensor kapasitif dengan tangan anda, sebagai titik konstruktif berpendapat ia adalah - kapasitor rata atau silinder biasa, sepinggan yang sentiasa mengalami pergerakan yang terkawal dalam ruang, yang membawa kepada perubahan dalam kemuatan. Ia harus diingat bahawa formula di atas adalah sah hanya jika anda benar-benar mengabaikan kesan kelebihan. Kami akan bercakap lebih lanjut tentang perkara ini dalam bahagian akhir artikel ini.

Perlu diketahui bahawa peralatan elektronik tersebut digunakan secara meluas untuk mengukur anjakan sudut dan linear objek, mengira saiz, kerja-kerja yang dipohon, kelembapan, kepekatan bahan aktif dan ciri-ciri lain. Dengan mengambil kira aspek-aspek struktur soalan, kemudian berkata bales adalah pesawat-selari, dalam mencorakkan silinder dengan elektrod pin, dengan lapisan bahan dielektrik, dan walaupun tanpa ia.

Berikut adalah cara untuk beroperasi sensor kapasitif. Prinsip operasi sebahagian daripada mereka perlu tahu dengan terperinci. Dalam artikel ini kita memberi beberapa formula yang boleh berguna untuk anda.

Formula untuk menggambarkan prinsip operasi beberapa jenis sensor

sensor tahap dengan variasi kemungkinan persegi plat dielektrik boleh menjadi agak mudah diterangkan dengan menggunakan persamaan berikut:

C = εεₒaH / δ.

Oleh "X" dalam kes ini merujuk kepada panjang pertindihan elektrod digunakan. Oleh itu, "a" menandakan lebar plat pemuat. Perlu diingatkan bahawa peranti tersebut telah digunakan dalam pelbagai bidang industri, di mana ia digunakan untuk ukuran yang tepat nilai sudut. kapasiti transduser dalam hal sedemikian didapati dengan ungkapan berikut:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Untuk mengukur dengan tepat sensitiviti, anda perlu menggunakan formula yang sedikit berbeza:

K = εεₒ (r₁ r₂-) / 2δ.

Mari kita lihat apa yang dimaksudkan dengan pembolehubah-pembolehubah yang merupakan sebahagian daripada persamaan ini:

• r₁ - jejari dalaman plat pemeluwap;
• r₂ - jejari luar plat yang sama;
• φ - diukur pada nilai masa (yang sebenarnya) sudut bertindih;
• φₒ - nilai awal sudut pertindihan.

Akhir sekali, kami menerangkan ungkapan matematik yang menerangkan prinsip operasi tolok kapasitif dengan jurang udara boleh laras:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Seperti yang dijangka, pelepasan utama δₒ difahami, huruf X adalah jumlah yang sama anjakan plat. Memberi perhatian! Sejak ciri-ciri statik tidak tegas linear, biasanya sensor tahap daripada jenis yang digunakan untuk mengukur anjakan sangat kecil, yang tidak akan melebihi 0,1δₒ kuantiti. Sememangnya, alat-alat ini adalah sangat dituntut dalam bidang kejuruteraan ketepatan, di mana walaupun kesilapan kecil boleh menyebabkan masalah agak serius.

Di mana mereka boleh digunakan?

Bidang aplikasi mungkin adalah sangat pelbagai. Oleh itu, dalam hampir semua industri boleh memenuhi operasi, yang dikawal oleh peranti ini. Ia digunakan untuk mengawal pengisian pelbagai kereta kebal, dan kandungannya boleh menjadi cecair, (sensor gas) gas atau zarah.

Kelaziman aktiviti industri manusia industri dan normal adalah lebih tinggi, lebih dipercayai dan lebih mudah untuk mereka bentuk peranti sedemikian. Daripada gabungan gejala-gejala ini, mereka begitu baik bahawa mereka boleh digunakan walaupun dalam keadaan yang sangat agresif memegang kapal tangki minyak.

Tambahan pula, sensor kapasitif itu boleh digunakan sebagai suis had talian penghantar atau mesin kedai pembuatan. Ia adalah perlu dan untuk kedudukan yang paling tepat dari pelbagai mekanisme.

sensor jarak

Tetapi kini mempunyai permintaan yang tinggi sensor jarak, yang diperbuat daripada sebenarnya prinsip yang sama. Pelbagai penggunaan mereka adalah lebih luas. Ini adalah disebabkan oleh peranti kos sen yang boleh bekerja dalam hampir semua jenis industri. Walau bagaimanapun, terdapat industri yang biasa di mana jenis peralatan ini adalah yang paling popular:

• Kawalan bekas telus berisi cecair diperbuat daripada plastik atau kaca.
• Fungsi sama dilakukan oleh mereka dalam pembuatan produk makanan (termasuk kanak-kanak), di mana produk siap dibungkus dalam bekas yang diperbuat daripada bahan-bahan yang telus. Pada prinsip yang sama berasaskan dan kerja-kerja bale sebagai sensor bahan api kapasitif.
• Untuk memantau kawasan-kawasan berbahaya, di mana mungkin rosak wayar penggulungan.
• Mengawal tempat-tempat yang sama di mana tali pinggang penghantar carrier boleh rosak.
• mengawal secara individu jenis produk yang dihasilkan (penukaran tin, botol, pembungkusan).

Tidak menghairankan, alat-alat elektronik adalah yang paling biasa dalam kejuruteraan jitu, penjanaan kuasa dan banyak industri lain pelbagai sensor.

inclinometers

Peranti yang telah menjadi lazim hanya pada tahun-tahun yang agak baru-baru ini adalah bersaiz kecil inclinometer kapasitif menyediakan penghantaran elektrik isyarat output yang mempunyai magnitud adalah berkadar terus dengan sensor sudut yang digunakan.

Bidang utama yang paling biasa penggunaan alat-alat: platform sistem penjajaran, penentuan pesongan dan ubah bentuk pelbagai jenis rasuk sokongan teknikal, serta kawalan tepat jalan raya, kereta api trek penyelewengan di peringkat pembinaan mereka.

Selain itu, dengan menggunakan peranti sedemikian menentukan roll trak berat dan kenderaan lain, lif dan jengkaut industri dan memastikan tahap anjakan sudut untuk mesin pertanian dan perindustrian terutamanya yang besar.

kapasitif sangat penting tahap bahan api sensor dalam industri minyak. Ia digunakan walaupun dalam kapal tangki yang membawa salah satu puluhan perjalanan dan beratus-ratus ribu tan produk minyak bertapis. Alat-alat ini amat berkesan walaupun dalam pembentukan sangat banyak kondensat dan ijazah tinggi kawasan pengeluaran debu (sensor gas yang sama).

Mereka mendapati penggunaannya dalam nilai pengukuran tahap tekanan mutlak dan relatif serta ketebalan bahan dielektrik, yang amat penting dalam hampir semua industri di mana kapasitor benar-benar kuat digunakan.

Kelebihan utama sensor kapasitif

Ia harus diperhatikan bahawa sensor kapasitif mempunyai banyak kelebihan berbanding peranti yang serupa yang terbentuk atas prinsip-prinsip agak berbeza. Mari kita senaraikan kelebihan utama kip ini:

• Dalam pembuatan, mereka adalah sangat mudah. Di samping itu, bahan yang paling mudah dan murah boleh digunakan dalam pengeluaran mereka. Walaupun sensor tahap bahan api kapasitif digunakan dalam industri petroleum objek penting mempunyai saiz yang sangat sederhana mempunyai tahap yang lebih rendah penggunaan tenaga elektrik. Dengan semua ciri-ciri ini, mereka berbeza tahap cemerlang sensitiviti, yang sering tidak boleh dicapai untuk peranti yang lebih mahal.
• Pada dasarnya, ia boleh menjadi satu sensor kapasitif dengan tangan anda, menggunakan sebagai asas mana-mana lebih atau kurang dipercayai dan tinggi industri kapasitor berkualiti.
• Hubungan yang mereka ada (sangat jarang digunakan pemungut semasa), yang amat memberi manfaat kepada kerja dalam keadaan debu yang tinggi dan kelembapan.
• hayat perkhidmatan yang amat panjang, unit berulang kali berjaya "menawan semula" kos rendah mereka. Oleh itu, sensor kapasitif (harga yang adalah dalam julat 1200-1700 Rubles) adalah pengambilalihan sangat menguntungkan.
• Untuk bergerak bahagian alih peranti dikehendaki membuat usaha menghairankan sedikit.
• peranti ini sangat mudah untuk bergabung dengan hampir semua kategori peralatan yang hanya digunakan dalam bidang industri.

aspek-aspek negatif

Malangnya, setiap sensor kapasitif mempunyai kelemahan tertentu, yang sedikit sebanyak merumitkan penggunaan meluas jenis peralatan. Kami menyenaraikan mereka dengan lebih terperinci:

• faktor penukaran (iaitu, penghantaran) adalah rendah.
• saiz kecil dan kesederhanaan reka bentuk menyumbang kepada fakta bahawa yang dinamakan permintaan agak tinggi kepada kualiti peranti pemeriksaan.
• sensor baik kapasitif tahap (dan lain-lain alat pengukur yang serupa) boleh beroperasi dengan berkesan hanya pada frekuensi yang lebih tinggi daripada nilai standard 50 Hz.

Notis penting

Walau bagaimanapun, semua tidak begitu buruk. Banyak pengeluar mendapatkan ciri-ciri perlindungan yang sangat baik dari sensor dengan membuat perubahan kecil dalam struktur mereka. Bagi kekerapan penggunaan, dalam amalan mereka menunjukkan keputusan cemerlang dalam nilai industri meluas 400 Hz.

Kami telah bercakap tentang kesetiaan kepada formula asas hanya jika mengabaikan kesan tepi. Tetapi ia adalah berguna untuk mengetahui bahawa ia benar-benar boleh memberi kesan yang negatif hanya sekiranya jarak antara plat dielektrik adalah setanding dengan saiz mereka sendiri. Selain itu, kesan negatif boleh sebahagian besarnya meneutralkan hanya menggunakan cincin pengawal. Dalam kes ini, kesan kesan sempadan tidak boleh memindahkan baik di luar plat digunakan.

Sekali lagi, kita perhatikan bahawa sensor tekanan sama mempunyai ciri-ciri kesederhanaan luar biasa, yang membolehkan anda untuk membuat struktur yang menakjubkan stabil, tahan lama dan kos rendah. Jika anda memilih dimensi geometri yang tepat dielektrik yang digunakan digunakan dalam pengeluaran apa-apa bahan kapasitor tidak boleh terutamanya bimbang.

Oleh itu, dengan betul mengambil setem logam untuk mengeluarkan perumahan sensor, ia boleh dikatakan diabaikan turun naik suhu walaupun kuat yang boleh menyebabkan perubahan dalam kemuatan peranti dan bacaan yang tidak mencukupi itu. Sudah tentu, ini tidak menyingkirkan keperluan untuk melaksanakan menyeluruh sensor tekanan terpencil dan petunjuk lain seperti faktor persekitaran agresif. Walaupun kesederhanaan mereka, kelembapan yang tinggi dan peningkatan tahap radiasi negatif boleh menjejaskan kebolehpercayaan peranti.

klasifikasi sensor

Digunakan dalam proses industri untuk pengeluaran mereka membolehkan anda untuk berkongsi semua jenis sensor dihasilkan kepada dua kumpulan besar: odnoemkostnye dan dvuhemkostnye. Jenis kedua dibahagikan kepada pembezaan dan poludifferentsialnye. Mari kita menganggap mereka dengan lebih terperinci.

peranti Odnoemkostny. Dalam kes ini litar sensor kapasitif amat mudah, kerana bahagian utama mereka adalah kapasitor yang paling biasa dengan kapasitan berubah-ubah. Malangnya, walaupun kelembapan sedikit meningkat dan suhu ada di ketepatan tanda-tanda kesan yang sangat ketara. Oleh kerana itu, terdapat pelbagai sensor sering rosak. Untuk meneutralkan magnitud kesilapan itu, ia adalah perlu untuk menggunakan struktur yang berbeza.

sensor Dvuhemkostny. Sebenarnya, ia hanya apa-apa struktur yang berbeza. Ia sering mungkin untuk memenuhi tahap sensor kapasitif dihasilkan oleh skim ini. Alat-alat ini dihantar dari kelemahan utama model sebelumnya, tetapi mempunyai kelemahan mereka sendiri. Kelemahan paling ketara ialah keperluan untuk menggunakan dua atau tiga wayar dilindungi antara peranti itu sendiri dan permukaan, kerana hanya dengan cara ini boleh menyekat kemuatan yang dipanggil parasit.

Walau bagaimanapun, satu skim yang sangat canggih sensor kapasitif dalam kes ini ia adalah mudah untuk mengabaikan, kerana sebagai balasan anda mendapatkan peranti yang amat tepat dan sensitif.

sensor membina Kekhususan

Dalam banyak kes (dari sudut reka bentuk pandangan) penciptaan alat-alat itu adalah bermasalah. Hal ini terutama berlaku apabila anda ingin membuat sensor dengan tahap pembolehubah kapasiti. Walau bagaimanapun, pengalaman menunjukkan bahawa banyak masalah diselesaikan hampir penentukuran tepat dan bahan prestasi tinggi yang digunakan dalam pengeluaran. Selalunya masalah ini dihadapi oleh pengeluar dvuhemkostnyh sensor.

Secara umum, kekhususan jenis ini peranti mengukur adalah bahawa mereka boleh diwakili sebagai nisbah berdimensi dua kuantiti fizikal (bekas) yang mempunyai ekspresi fizikal yang tepat dan makna. Supaya mereka boleh diambil dengan selamat dipanggil "kuar hubungan." Kelebihan alat-alat ini (mereka tambah besar!) Adakah itu mereka biasanya tidak boleh mempunyai dalam reka bentuk beberapa langkah-langkah standard yang menyejukkan meningkatkan kebolehpercayaan dalam situasi dan keadaan yang benar-benar melampau.

Pencirian pengekod linear

Semua nilai bukan elektrik, yang sering diperlukan untuk mengawal di persekitaran industri, ia adalah sangat pelbagai dan pelbagai rupa. Sebahagian besar daripada langkah-langkah yang tertakluk kepada kawalan yang ketat, membuat pergerakan sudut dan linear walaupun pelbagai jenis permukaan di angkasa. Jika anda menggunakan kapasitor yang mempunyai medan elektrik sama sekali seragam dalam jurang, ia tidak begitu sukar untuk membuat sensor elektronik dua daripada jenis berikut:

• Di mana kawasan elektrod adalah berbeza.
• Mereka yang mempunyai jurang berubah-ubah antara elektrod.

Ia adalah mudah untuk memahami bahawa jenis pertama adalah yang paling sesuai untuk menetapkan pergerakan yang benar-benar besar, semasa menggunakan pelbagai kedua boleh perasan juga beberapa pergerakan badan dalam ruang, nilai yang sama dengan hanya beberapa mikron!

Sensor untuk menentukan anjakan sudut

Secara umum, dengan reka bentuk dan tujuan, mereka hampir sama dengan jenis hubungan sebelumnya. Persamaan ditunjukkan dalam fakta bahawa sensor elektrod kawasan yang berubah-ubah juga boleh digunakan untuk dimensi yang lebih besar dan dengan jarak yang berubah-ubah antara elektrod diri mereka sendiri - kecil. Biasanya, peranti itu dibuat pelbagai rentas, dengan kemungkinan mengubah kawasan plat kapasitor.

Untuk mencapai matlamat ini, elektrod tetap pertama ke aci alih dalam putaran yang ia mengubah kedudukannya berbanding dengan kawasan perubahan kedua yang menyediakan pertindihan plat dielektrik dalam pemuat. Sememangnya, apabila mencatatkan perubahan dalam kemuatan.

penemuan

Oleh itu, kita membincangkan ciri-ciri asas tahap cara itu, belajar tentang kawasan mereka permohonan, tentang ciri-ciri reka bentuk, prinsip tindakan dan penyelesaian teknikal mungkin. Seperti yang anda faham dari artikel, kelaziman sensor kapasitif dan populariti yang sangat tinggi mereka adalah berdasarkan harga yang sangat menarik peranti sedemikian dan hayat perkhidmatan yang panjang walaupun di bawah keadaan persekitaran yang sukar.

Semua ini mungkin terima kasih kepada fakta bahawa, dari sudut yang membina pandangan, semua meter ini hanya kapasitor standard, yang disifatkan oleh cara yang agak luar biasa permohonan mereka. Walau bagaimanapun, anda boleh dan mengetahui untuk diri sendiri, sekali lagi melihat kepada formula matematik yang meluas mencerminkan prinsip KIP kerja.