Kapacitive sensor: apparater og virkemåde. Kapacitive sensorer: ansøgning

Moderne industri, og dagligdags menneskelige menneskelige aktiviteter, også, er det umuligt at forestille sig uden alle mulige elektroniske enheder. De hjælper os på alle måder, og nogle fremstillingsprocesser til at udføre ikke lykkes uden dem. Til de "hjælpere" bør også omfatte en kapacitiv sensor.

Såkaldte konvertere fra parametrisk type. Måling af et volumen sådanne anordninger udføres gennem variationer af kapacitans ved skift af nogle vigtige parametre. Kort sagt, den estimerede ændring i kapacitans under indflydelse af nogle eksterne faktorer.

Funktionsprincippet for den kapacitive sensor

Det er, hvad de kapacitive sensorer. Princippet om operationen, de ikke er så svært, men for at forstå det, du har brug for at vide noget. Til at begynde med vi husker princippet om bestemmelse af kapaciteten af kondensatoren. Denne handling er udtrykt ved følgende formel:

C = εεₒS / δ.

Dette udtryk er kendt af mange fra skolens fysik selvfølgelig, men det ville ikke skade at genopfriske din hukommelse og husker, hvilket betyder, at hver af de variable:

• S - område af kondensatorpladerne.
• E - relativ permittivitet af det dielektriske materiale, der anvendes i kondensatoren design.
• εₒ - som i fysik til at betegne permitivitet af ledig plads.
• δ - så den kan udpeges eller tykkelsen af den dielektriske plade, eller afstanden mellem de flere lag af materiale.

Ud fra den ovennævnte formel, at kapacitansen ændre nemt. Tilstrækkeligt det på en måde virke på området af pladen af dielektrisk materiale, en afstand mellem pladerne eller direkte med permeabiliteten anvendes ved fremstillingen af materialet. Derfor valget af særlig værdi afhænger udelukkende af listen over opgaver, som enheden designere har sat.

Således kan vi endda gøre en kapacitiv sensor med hænderne, som et konstruktivt synspunkt er det - den sædvanlige flade eller cylindrisk kondensator, en plade af der hele tiden oplever en kontrolleret bevægelse i rummet, hvilket fører til en ændring i kapacitans. Det bør erindres, at ovenstående formel gælder kun, hvis du er helt forsømmer kanteffekter. Vi taler mere om dette i det sidste afsnit af denne artikel.

Det skal være kendt, at sådanne elektroniske apparater anvendes i udstrakt grad til måling af vinkel- og lineære forskydninger af objekter, beregning af størrelse, den anvendte arbejde, fugtighed, koncentration af aktivt stof og andre egenskaber. Med hensyn til de strukturelle aspekter af spørgsmålet, så sagde baller er fremstillet planparallelt i cylindriske huse med stiftelektroder, med en foring af et dielektrisk materiale, og selv uden den.

Her er hvordan man betjener kapacitive sensorer. Princippet om driften af nogle af dem har brug for at vide i detaljer. I denne artikel giver vi nogle formler, som kan være nyttige for dig.

Formel til beskrivelse af princippet om operationen af visse typer af sensorer

Niveauføler med mulig variation af pladsen dielektriske plader kan forholdsvis let beskrives ved hjælp af følgende ligning:

C = εεₒaH / δ.

Ved "X" i dette tilfælde er længden af overlapningen af anvendte elektroder. Følgelig "a" betegner bredden af kondensatorens plader. Det skal bemærkes, at sådanne indretninger er blevet anvendt i forskellige områder af industrien, hvor de anvendes til nøjagtig måling af vinkelværdier. kapacitet af transduceren i et sådant tilfælde er fundet ved følgende udtryk:

C = εεₒ (r₂- R) / 2δ * (φₒ-φ).

For nøjagtigt at måle følsomheden, skal du bruge en lidt anden formel:

K = εεₒ (r₂- R) / 2δ.

Lad os se, hvad der menes med disse variabler, der indgår i disse ligninger:

• R - indre radius af kondensatorens plader;
• r₂ - ydre radius af samme plade;
• φ - måles i det øjeblik (faktisk) af overlapningen vinkel;
• φₒ - den oprindelige værdi af overlapningen vinkel.

Endelig forklarer vi det matematiske udtryk, som beskriver funktionsprincippet for den kapacitive gauge med justerbar luftspalte:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Forudsigeligt, en primær clearance δₒ forstået, bogstavet X er det samme størrelsen af forskydning af pladen. Vær opmærksom! Eftersom statiske egenskaber ikke strengt lineær, typisk niveausensoren af typen anvendt til at måle meget små forskydninger, som ikke vil overstige den mængde 0,1δₒ. Naturligvis er disse enheder stærkt efterspurgte i finmekanik, hvor selv små fejl kan forårsage ganske alvorlige problemer.

Hvor kan de bruges?

Områder med mulig anvendelse er yderst forskelligartede. Således, i praktisk talt alle industrier kan opfylde operationen, som kontrolleres af disse enheder. De anvendes til at styre fyldning af de forskellige tanke, og deres indhold kan være flydende, gasformigt eller partikelformet (gassensor).

Forekomsten af industriel og normalt humant industriel aktivitet er højere, mere pålidelig og lettere at designe sådanne indretninger. Fra kombinationen af disse symptomer, de er så gode, at de kan anvendes selv i ekstremt aggressive betingelser holder olietankskibe.

Endvidere kan den kapacitive sensor anvendes som en grænseafbryder på transportbanen eller maskinfremstilling shop. Det er nødvendigt, og for den mest nøjagtige positionering af forskellige mekanismer.

nærhedsfølere

Men nu i stor efterspørgsel afstandssensorer, som er lavet af nøjagtig samme princip. Rækken af deres anvendelse er endnu bredere. Dette skyldes, at de penny cost enheder, der kan arbejde i stort set alle typer af industri. Men der er typisk branche, hvor denne type udstyr er de mest populære:

• Kontrol af de væskefyldte gennemsigtige beholdere af plast eller glas.
• En lignende funktion udføres af dem i fremstillingen af fødevarer (herunder børn), hvor det færdige produkt er pakket i beholdere fremstillet af transparente materialer. På samme princip baserede og arbejdet i ballen som en kapacitiv brændstof sensor.
• Til overvågning af farlige områder, hvor det er muligt brudt beviklingstråd.
• Styre lignende steder, hvor transportøren transportbåndet kunne blive beskadiget.
• Individuelt kontrollere den type produkter, der fremstilles (omdannelse af dåser, flasker og emballage).

Ikke overraskende, disse elektroniske anordninger er de mest almindelige i finmekanik, elproduktion og mange andre industrier række sensorer.

faldmålere

Enheder, der er blevet fremherskende kun i relativt senere år er små dimensioner kapacitive hældningsmåler tilvejebringer transmission elektrisk udgangssignal, hvis størrelse er direkte proportional med vinklen sensor, der anvendes.

Den mest almindelige større felt af brugen af disse enheder: platform tilpasningen system, bestemmelse af den deformation og deformation af forskellige former for teknisk støtte bjælker, samt præcise kontrol af vej-, jernbanespor afvigelse på tidspunktet for deres konstruktion.

Desuden anvender sådanne indretninger bestemme rulle af tunge lastbiler og andre køretøjer, elevatorer og industrielle gravemaskiner og konstatere graden af vinkeldrejning for landbrugs- og industrimaskiner særligt store.

Meget vigtigt kapacitive sensorer brændstofniveauet i olieindustrien. De bruges også i de supertankere, der bærer i én rejse tiere og hundreder af tusinder af tons af raffinerede olieprodukter. Disse indretninger er ekstremt effektive selv i meget rigelige dannelse af kondensat og en høj grad af støv produktionsområde (samme gas sensor).

De finder deres anvendelse i måleværdierne for de absolutte og relative trykniveauer samt tykkelsen af det dielektriske materiale, hvilket er yderst vigtigt i næsten alle brancher, hvor der anvendes virkelig kraftige kondensatorer.

De væsentligste fordele ved kapacitive sensorer

Det skal bemærkes, at den kapacitive sensor har mange fordele sammenlignet med lignende enheder, der er dannet på andre principper. Lad os nævne de vigtigste fordele ved disse kip:

• I fremstilling, de er meget enkle. Derudover kan de mest simple og billige materialer bruges i deres produktion. Selv kapacitive brændstof niveau sensorer, der anvendes i olieindustrien vigtige objekter har ekstremt beskedne størrelse har det lavest mulige niveau for forbrug af elektrisk energi. Med alle disse egenskaber, adskiller de sig fremragende niveau af følsomhed, som ofte er uopnåelige for de dyrere apparater.
• I princippet kan det være en kapacitiv sensor med hænderne, idet der som sin base enhver mere eller mindre pålidelig og høj kvalitet industrielle kondensator.
• Kontakterne de har (meget sjældent brugt en strømaftager), hvilket er særdeles nyttigt til arbejdet i forhold med høj støv og fugtighed.
• ekstremt lang levetid, enheden gentagne gange formår at "generobre" deres lave pris. Følgelig den kapacitive sensor (hvis pris er i området 1200-1700 rubler) er yderst rentabel erhvervelse.
• Til bevægelse af bevægelige del af indretningen skal foretage overraskende lille indsats.
• Enheden er meget let at kombinere med næsten alle kategorier af udstyr, der bruges kun i industrielle aktiviteter.

negative aspekter

Desværre hver kapacitive sensor har visse ulemper, som til en vis grad komplicere den udbredte brug af denne type udstyr. Vi nævne dem mere detaljeret:

• omregningsfaktor (dvs. transmission) er relativt lav.
• Lille størrelse og enkle design bidrager til, at den nominerede ganske høje krav til kvaliteten af screening enheder.
• God kapacitive niveausensor (og andre lignende måleinstrumenter) fungerer effektivt kun ved en frekvens langt højere end standardværdien på 50 Hz.

vigtige meddelelser

Men alt er ikke så slemt. Mange producenter søger fremragende afskærmning egenskaber ved sensorerne ved at foretage mindre ændringer i deres struktur. Som for brugshyppighed i praksis de viser fremragende resultater i udbredt industriel værdi på 400 Hz.

Vi har allerede talt om loyalitet over for den grundlæggende formel, hvis ignorere kant effekt. Men det er nyttigt at vide, at det virkelig kan have en negativ effekt kun i tilfælde af, at afstanden mellem de dielektriske plader kan sammenlignes med deres egen størrelse. Desuden kan den negative effekt stort set neutralisere blot at bruge vagt ringen. I dette tilfælde kan virkningen af landegrænserne ikke overføre langt ud over de brugte plader.

Igen bemærker vi, at de samme trykfølere er karakteriseret ved en bemærkelsesværdig enkelhed, der gør det muligt at oprette en marvelously stabil, holdbar og billig struktur. Hvis du vælger de rigtige geometriske dimensioner brugte dielektrikum bruges i produktionen af en sådan kondensator materialer kan ikke specielt bekymret.

Således korrekt optagning metalstempel til fremstilling af sensorhuset, er det i praksis ubetydelig selv kraftige temperatursvingninger, der kan resultere i en ændring i kapacitans af indretningen og dens utilstrækkelige aflæsninger. Selvfølgelig betyder det ikke, at det er nødvendigt at udføre grundige isoleret tryksensorer og andre sådanne indikatorer for aggressive miljømæssige faktorer. På trods af deres enkelhed, kan høj fugtighed og forhøjede niveauer af stråling negativ indflydelse på pålideligheden af indretningen.

klassificering af sensorer

Anvendes i industrielle processer til deres fremstilling giver mulighed for at dele alle typer af sensorer er produceret i to store grupper: odnoemkostnye og dvuhemkostnye. Sidstnævnte type er opdelt i differential- og poludifferentsialnye. Lad os betragte dem nærmere.

Odnoemkostny enhed. I dette tilfælde den kapacitive sensor kredsløb yderst enkel, da deres vigtigste del er den mest almindelige kondensator med variabel kapacitans. Desværre, selv en let øget luftfugtighed og temperatur har på nøjagtigheden af indikationer meget konkret betydning. På grund af dette, er der forskellige sensorer ofte funktionsfejl. For at neutralisere omfanget af sådanne fejl, er det nødvendigt at anvende differentieret struktur.

Dvuhemkostny sensor. Faktisk, det er bare sådan en differentieret struktur. Det er ofte muligt at opfylde den kapacitive niveausensor fremstilles ved en sådan ordning. Disse enheder leveres fra de største ulemper ved den tidligere model, men har deres egne svagheder. Den væsentligste ulempe er behovet for at anvende to eller tre skærmede ledninger mellem selve anordningen og overfladen, fordi det kun på denne måde kan undertrykke den såkaldte parasitisk kapacitans.

Men en temmelig sofistikeret arrangement med kapacitive sensorer i dette tilfælde er det nemt at ignorere, fordi til gengæld får du en ekstremt præcis og følsom enhed.

konstruere sensorer Specificitet

I mange tilfælde (fra designmæssigt synspunkt) oprettelse af sådanne indretninger er problematisk. Dette gælder især, når du vil oprette en sensor med variable niveauer af kapacitet. Imidlertid viser erfaringen, at mange af de problemer er løst næsten helt nøjagtig kalibrering og højtydende materialer, der anvendes i produktionen. Oftest disse vanskeligheder, som producenterne dvuhemkostnyh sensorer.

Generelt specificiteten af denne type af måleinstrumenter er at de kan være repræsenteret som et dimensionsløst forhold mellem to fysiske størrelser (containere), der har en præcis fysisk udtryk og mening. Så de kan sikkert kaldes "sonder forholdet." Fordelen ved disse enheder (dem kæmpe plus!) Er, at de generelt ikke kan have i sit design nogle standard foranstaltninger, der afkøles forbedrer pålideligheden i virkelig ekstreme situationer og betingelser.

Karakterisering af længdemålesystemer

Alle ikke-elektriske værdier, som ofte kræves for at styre i et industrielt miljø, er det yderst forskelligartede og mangefacetteret. En væsentlig del af de foranstaltninger, der er genstand for streng kontrol, gør kantede og lineære bevægelser endda forskellige typer af overflader i rummet. Hvis du bruger en kondensator, der har absolut ensartet elektrisk felt i gabet, er det ikke så svært at lave elektroniske sensorer to af følgende typer:

• I hvilket område af elektroderne er variabel.
• De, der har en variabel gab mellem elektroderne.

Det er let at forstå, at den første type er mest egnet til fastsættelse af den helt store bevægelse, mens du bruger den anden sort kan blive bemærket endda nogle kropsbevægelser i rummet, hvis værdi er lig med kun et par mikrometer!

Sensorer til fastlæggelse af vinkelforskydningen

Generelt ved design og formål, der næsten fuldstændig identisk med den foregående kontakttype. Lighed er manifesteret i, at sensorerne er elektroder af en variabel område bør også anvendes til større dimensioner og med en variabel afstand mellem elektroderne selv - små. Typisk er sådanne indretninger gjort multi-snit, med muligheden for at ændre arealet af kondensatorpladerne.

For at opnå dette, en første elektrode fastgjort til den bevægelige aksel i rotation som det ændrer sin position i forhold til den anden ændring område, der giver overlapningen af de dielektriske plader i kondensatoren. Naturligvis når det registreret en ændring i kapacitans.

fund

Så vi diskuterede de grundlæggende karakteristika for niveauet af instrumentet, lærte om deres anvendelsesområder, om designelementer, at princippet om handling og mulige tekniske løsninger. Som du kan forstå fra artiklen, er forekomsten af kapacitive sensorer og deres ekstremt høje popularitet er baseret på den meget attraktiv pris af sådanne anordninger og en lang levetid selv under vanskelige miljømæssige forhold.

Alt dette er muligt takket være det faktum, at ud fra et konstruktivt synspunkt alle disse målere er kun standard kondensatorer, som er karakteriseret ved en noget usædvanlig måde af deres ansøgning. Men du kan og find selv ud af, endnu en gang at se på de matematiske formler, som i store træk afspejler de principper kip arbejde.