Kapacitivni senzor: aparat i princip rada. Kapacitivni senzori: primjena

Moderna industrija i svakodnevne ljudske ljudske aktivnosti, također, da je nemoguće zamisliti bez svih vrsta elektroničkih uređaja. Oni nam pomoći u svakom pogledu, a neki proizvodnju operacije obavljati ne uspije bez njih. Za tih „pomagača” također treba uključivati kapacitivni senzor.

Tako se zove pretvarači od strane parametarskom tipa. Mjerenje zapremine takvih uređaja provodi se kroz varijacije kapaciteta pri promjeni nekih važnih parametara. Jednostavno rečeno, procijenjene promjene u kapacitetu pod utjecajem nekih vanjskih čimbenika.

Princip rada kapacitivnom senzora

To je ono što su kapacitivne senzore. Princip rada oni nisu toliko teško, ali da ga razumiju što trebate znati nešto. Za početak se prisjetimo princip određivanja kapacitivnost kondenzatora. To djelovanje se izražava pomoću sljedeće formule:

C = εεₒS / δ.

Ovaj izraz je poznato da mnogi od tečaja škola fizike, ali to ne bi ozlijediti da osvježite svoje pamćenje i sjećanje, što znači svaka od varijabli:

• S - površina kondenzator ploča.
• E - relativna dielektrična od izolirajućeg materijala koji se koristi u kondenzator dizajnu.
• εₒ - kao u fizici označava permitivnost slobodnog prostora.
• δ - tako da se može označiti i debljina izolacijskog materijala ploče, odnosno udaljenosti između nekoliko slojeva materijala.

Dakle, iz gore navedene formule da je kapacitet lako mijenja. Dovoljno je na neki način djeluje na površinu ploče od dielektričnog materijala, razmak između ploča ili izravno s propusnošću koristi u proizvodnji materijala. Prema tome, izbor od posebne vrijednosti ovisi isključivo o popisu zadataka koji su dizajneri uređaj postavili.

Dakle, možemo čak napraviti Kapacitivni senzor sa svojim rukama, kao konstruktivnog stajališta je - uobičajene ravne ili cilindrični kondenzator, od kojih je jedna ploča stalno doživljava kontrolirano kretanje u prostoru, što dovodi do promjene u kapacitetu. To treba imati na umu da gornja formula vrijedi samo ako ste u potpunosti zanemarujući rubni učinci. Razgovarat ćemo više o tome u završnom dijelu ovog članka.

Valja znati da su takvi elektroničkim uređajima često koriste za mjerenje kutne i linearne pomaka predmeta, izračunavanja veličine, primijenjene rad, vlage, koncentraciju aktivne tvari i drugih svojstava. S obzirom na strukturne aspekte pitanju, onda navedene bale su ravnine paralelne u cilindrični kućišta sa pin elektrode, sa oblogom od dielektričnog materijala, čak i bez njega.

Evo kako to rade senzori kapacitivni. Princip rada neke od njih moraju znati u detalje. U ovom članku ćemo dati neke formule koje mogu biti korisne za vas.

Formula opisati princip rada pojedinih vrsta senzora

Senzor razine s mogućim varijacijama trga dielektrična ploča može biti prilično lako opisati pomoću sljedeće jednadžbe:

C = εεₒaH / δ.

Pod „X” u ovom slučaju odnosi na dužinu preklapanja elektroda koristi. Prema tome, „a” označava širinu ploča kondenzator. Treba napomenuti da su takvi uređaji su primijenjene u različitim granama industrije, gdje su se koriste za precizno mjerenje vrijednosti kuteva. kapacitet sonde u tom slučaju nalazi izrazom:

C = εεₒ (r₂- Ri) / 2δ * (φₒ-φ).

Kako bi precizno mjerenje osjetljivosti, te bi trebao koristiti malo drugačiju formulu:

K = εεₒ (r₂- Ri) / 2δ.

Pogledajmo što se podrazumijeva pod tim varijablama koje su dio tih jednadžbi:

• Ri - unutarnji polumjer kondenzatoru ploče;
• r₂ - vanjski promjer od istoj ploči;
• φ - mjereno u trenutku (stvarni) vrijednosti kuta preklapanja;
• φₒ - početna vrijednost kuta preklapanja.

Konačno, mi objasniti matematički izraz koji opisuje princip rada kapacitivnom kolosijek s podesivim zračnim rasporom:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Predvidljivo, primarni klirens δₒ Razumljivo, slovo X su isti iznos pomaka ploče. Obratite pozornost! Od statički osobine nisu strogo linearna, obično senzor razine tipa koristi se za mjerenje vrlo malih pomaka, koji neće prekoračiti količinu 0,1δₒ. Naravno, ovi uređaji vrlo su traženi u preciznoj, gdje čak i manje pogreške može uzrokovati vrlo ozbiljne probleme.

Gdje se one mogu koristiti?

Područja moguće primjene su vrlo raznolike. Dakle, u gotovo svim industrijama mogu zadovoljiti rad, koji su kontrolirani od strane tih uređaja. Oni se koriste za kontrolu punjenja raznih spremnika, a njihov sadržaj može biti tekuće, plinovito ili čestica (senzora plina).

Prevalencija industrijske i normalnog ljudskog industrijske aktivnosti je veći, više pouzdan i lakše dizajnirati takve uređaje. Iz kombinacije ovih simptoma, oni su toliko dobre da ih se može koristiti čak iu ekstremno agresivnim uvjetima drži tankera.

Nadalje, kapacitivni senzor se može koristiti kao ograničenje prekidača na transportnu liniju, ili stroj za proizvodnju trgovini. Nužno je i za većinu točno pozicioniranje različitih mehanizama.

Parkirni senzori

No, sada je u velikoj potražnji blizine senzora, koje su izrađene od istog principa. Raspon njihove uporabe je čak i šire. To je zbog lipu cijene uređaja koji mogu raditi u gotovo sve vrste industrije. Međutim, postoje tipični industrija u kojoj ova vrsta opreme su najpopularniji:

• Kontrola prozirne posude ispunjenih tekućinom izrađenih od plastike ili stakla.
• Slična funkcija se izvodi pomoću njih, u proizvodnji prehrambenih proizvoda (uključujući djecu), gdje se gotov proizvod je pakirana u spremnicima prozirnih materijala. Na istom principu se temelji i rad bale kao kapacitivnim senzorom za gorivo.
• Za praćenje opasnih područja, gdje je to moguće slomljena navijanje žica.
• Kontrola slična mjesta gdje se može oštetiti nosač pokretna traka.
• Pojedinačno kontrolirati vrstu proizvoda proizvedenih (pretvaranje limenki, boca, pakiranje).

Nije iznenađujuće, ovi elektronički uređaji su najčešće u preciznu mehaniku, električne energije i mnogim drugim industrijama različitih senzora.

nagiba

Uređaji koji su postali prevladava samo u relativno posljednjih nekoliko godina su male veličine kapacitivni mjerač nagiba pruža prijenos električne izlazni signal čija magnituda je izravno proporcionalna senzor kuta koristi.

Najčešći od glavnih područja primjene ovih uređaja: platforma sustava poravnanja, određivanje otklona i deformacije raznih vrsta tehničkih greda podrške, kao i preciznu kontrolu ceste, željeznica odstupanja staza u fazi izgradnja.

Osim toga, takvi uređaji koriste odrediti rolu kamiona i drugih vozila, dizala i industrijskih točkovima i utvrditi stupanj kutnog pomaka za poljoprivrednih i industrijskih uređaja posebno velike.

Vrlo je važno kapacitivni senzori razine goriva u naftnoj industriji. Oni se koriste iu supertankera koji nose u jednom putovanju desecima i stotinama tisuća tona rafiniranih naftnih proizvoda. Ovi uređaji su vrlo učinkovite čak i na vrlo bogatom stvaranja kondenzata i visok stupanj proizvodnje prašine područja (isti senzor plina).

Smatraju njihovo korištenje u mjerenju vrijednosti apsolutne i relativne razine tlaka, kao i debljinu izolacijskog materijala materijala, što je izuzetno važno u gotovo svim industrijama u kojima se koriste zaista moćne kondenzatora.

Glavne prednosti kapacitivnih senzora

Treba napomenuti da je kapacitivni senzor ima brojne prednosti u usporedbi sa sličnim uređajima koji se formiraju na nešto drugačijim principima. Recimo, navesti glavne prednosti ovih Kip:

• U proizvodnji, oni su vrlo jednostavna. Osim toga, većina jednostavan i jeftin materijal može se koristiti u njihovoj proizvodnji. Čak senzori kapacitivni razine goriva koji se koriste u naftnoj industriji važnih objekata imaju izuzetno skromna veličina imaju najnižu moguću razinu potrošnje električne energije. Sa svim tim karakteristikama, razlikuju izvrsnu razinu osjetljivosti, što je često nedostižan za skuplje uređaje.
• U principu, to može biti kapacitivni senzor sa svojim rukama, koristi kao svoju bazu bilo više ili manje pouzdane i kvalitetne industrijske kondenzator.
• Kontakti su (vrlo rijetko koristi struje), koji je izuzetno koristan za rad u uvjetima visoke prašine i vlage.
• izuzetno dug vijek trajanja, uređaj više puta uspije „preoteti” svoje niske cijene. Prema tome, senzor kapacitivni (čija cijena je u rasponu 1200-1700 rubalja) je vrlo isplativo stjecanja.
• Za pomicanje pomičnog 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 djelatnostima.

negativni aspekti

Nažalost, svaki kapacitivni senzor ima određene nedostatke, koji u određenoj mjeri otežavaju rasprostranjenog korištenja ove vrste opreme. Mi nabrojati ih detaljnije:

• faktor konverzije (tj prijenos) je relativno niska.
• Mala veličina i jednostavnost dizajna doprinose činjenici da je nominiran vrlo visoke zahtjeve na kvalitetu screening uređaja.
• Dobro Kapacitivni senzor razine (i druge slične mjerni instrumenti) može raditi učinkovito samo na frekvenciji mnogo veći od standardne vrijednosti od 50 Hz.

važne obavijesti

Međutim, nije sve tako loše. Mnogi proizvođači traže izvanredne karakteristike zaštita od senzora čineći male promjene u njihovoj strukturi. Što se tiče učestalosti korištenja, u praksi pokazuju izvrsne rezultate u raširene industrijske vrijednosti od 400 Hz.

Već smo govorili o odanosti osnovnom formulom samo ako oglušili na rub učinak. Ali, to je korisno znati da je to zaista može imati negativan učinak samo u slučaju da je udaljenost između izolacijskog materijala ploča se može usporediti s vlastitom veličinom. Osim toga, negativni učinak može se u velikoj mjeri neutralizirati jednostavno pomoću branič prsten. U tom slučaju, utjecaj graničnih učinaka ne može prenijeti i izvan koriste ploče.

Još jednom, napominje se da su iste senzori tlaka odlikuje izvanrednom jednostavnošću, koja vam omogućuje da stvoriti čudesno stabilnu, trajnu i low-cost strukturu. Ako se odlučite prave geometrijske dimenzije koriste dielektrična se koristi u proizvodnji tog kondenzatora materijala ne mogu posebno zabrinuti.

Dakle, ispravno branje gore metalni pečat za proizvodnju kućišta senzora, to je praktički zanemarive ni jake promjene temperature koja bi mogla dovesti do promjene u kapacitetu uređaja i njegovih neodgovarajućih čitanja. Naravno, to ne uklanja potrebu za obavljanje temeljita senzore izolirani tlaka i druge takve pokazatelje agresivnih čimbenika okoliša. Unatoč svojoj jednostavnosti, visoka vlažnost i povišena razina zračenja može negativno utjecati na pouzdanost uređaja.

Klasifikacija senzora

Koristi se u industrijskim procesima za njihovu proizvodnju omogućuju vam da dijele sve vrste senzora proizvedenih u dvije velike skupine: odnoemkostnye i dvuhemkostnye. Potonji vrsta podijeljena je u diferencijala i poludifferentsialnye. Idemo ih razmotriti u više detalja.

Odnoemkostny uređaja. U tom slučaju kapacitivni sklop senzora izuzetno jednostavna, jer njihov glavni dio je najčešći kondenzator s promjenjivim kapaciteta. Nažalost, čak i malo povećao vlaga i temperatura su na točnost pokazivanja vrlo opipljiv utjecaj. Zbog toga, tu su i razne senzori često kvar. Neutralizirati veličinu takve pogreške, potrebno je koristiti diferencirane strukture.

Dvuhemkostny senzor. Zapravo, to je samo takva diferencirane strukture. Često je moguće ispuniti kapacitivni senzor razine je proizveden od strane takvom sustavu. Ovi uređaji se isporučuju od glavnih nedostataka prethodnog modela, ali imaju svoje slabosti. Najznačajniji nedostatak je potreba da se koriste dva ili tri oklopljenih žica između samog uređaja i površine, jer se samo na taj način može suzbiti tzv parazitski kapacitet.

Međutim, prilično sofisticirana shema kapacitivnih senzora u ovom slučaju to je jednostavno ignorirati, jer zauzvrat ćete dobiti iznimno precizan i osjetljiv uređaj.

Specifičnost gradnje senzori

U mnogim slučajevima (od dizajna točke gledišta) stvaranje takvih uređaja je problematično. To je osobito istinito kada želite stvoriti senzor s raznim razinama sposobnosti. Međutim, iskustvo pokazuje da su mnogi problemi riješili gotovo potpuno točna kalibracija i visoke performanse materijali koji se koriste u proizvodnji. Najčešće te poteškoće s kojima se suočavaju proizvođači dvuhemkostnyh senzora.

Općenito, specifičnost ove vrste mjernih uređaja je u tome što oni mogu biti predstavljeni kao bezdimenzionalnog omjera dvaju mjernih veličina (spremnike) koji su precizno fizički ekspresiju i značenje. Tako da oni mogu biti sigurno zove „propituje odnos.” Prednost tih uređaja (oni veliki plus!) Je li to oni uglavnom ne mogu imati u svom dizajnu neke standardne mjere da se ohladi povećava pouzdanost u stvarno ekstremnim situacijama i uvjetima.

Karakterizacija linearnih enkodera

Svi neelektrični vrijednosti, koje se često moraju kontrolirati u industrijskom okruženju, vrlo je raznolika i višeznačan. Značajan dio mjera koje su predmet stroge kontrole, čine kutne i linearne pokrete čak i različite vrste površina u prostoru. Ako koristite kondenzator koji ima apsolutno jedinstvenu električno polje u rasporu, to nije tako teško napraviti elektronske senzore dvije od sljedećih vrsta:

• U kojem području elektroda je promjenjiva.
• Oni koji imaju promjenjivu jaz između elektroda.

Lako je razumjeti da je prvi tip je najpogodniji za učvršćivanje stvarno veliki pokret, dok koristite druge razne može uočiti čak i neki pokret tijela u prostoru, vrijednost koja je jednaka samo nekoliko mikrona!

Senzori za određivanje kutnog pomaka

U principu, po dizajnu i svrhe, oni gotovo u potpunosti identičan prethodnom tipu kontakata. Sličnost se očituje u činjenici da su senzori su elektrode od promjenjivog dijela također treba koristiti za veće dimenzije i s promjenjivom udaljenosti između samih elektroda - mali. Tipično, takvi uređaji su više presjeka, uz mogućnost mijenjanja područje kondenzatorskih ploča.

Da bi se to postiglo, prve elektrode pričvršćen na pokretne osovine u rotaciji što ona mijenja svoj položaj u odnosu na druge području promjena koje pruža preklapanje izolacijskog materijala ploča u kondenzator. Naravno, kada je zabilježila promjenu u kapacitetu.

nalazi

Tako smo razgovarali osnovne karakteristike razini instrumenta, naučili o njihovim područjima primjene, o značajkama dizajna, načela djelovanja i mogućih tehničkih rješenja. Kao što možete razumjeti iz članka, učestalost kapacitivnih senzora i njihova izuzetno visoka popularnost temelji se na vrlo atraktivnoj cijeni od takvih uređaja i dugi vijek trajanja čak i pod otežanim uvjetima rada.

Sve je to moguće zahvaljujući činjenici da je, iz konstruktivnog stajališta, sve ove metara su samo standardne kondenzatori, koji se odlikuju pomalo neobičan način njihove primjene. Međutim, možete i saznati za sebe, opet gleda na matematičkim formulama koje uglavnom odražavaju načela Kip rad.