Kapasitiewe sensor: apparaat en beginsel van die operasie. Kapasitiewe sensors: aansoek

Moderne industrie en die alledaagse menslike menslike aktiwiteite, te, is dit onmoontlik om te dink sonder allerhande elektroniese toestelle. Hulle help ons in elke opsig, en 'n paar vervaardiging bedrywighede uit te voer nie daarin slaag om sonder hulle. Om dié "helpers" moet ook 'n kapasitiewe sensor.

Sogenaamde omsetters gemaak deur parametriese tipe. Meting van 'n volume sulke toestelle is uitgevoer deur middel van variasies van kapasitansie wanneer die verandering van van 'n paar belangrike parameters. Eenvoudig gestel, die beraamde verandering in kapasitansie onder die invloed van 'n eksterne faktore.

Die werksbeginsel van die kapasitiewe sensor

Dit is wat die kapasitiewe sensors. Die beginsel van werking is hulle nie so moeilik nie, maar om dit te verstaan wat jy nodig het om iets te weet. Om mee te begin het ons herinner aan die beginsel van die bepaling van die kapasitansie van die kapasitor. Hierdie aksie word uitgedruk deur die volgende formule te gebruik:

C = εεₒS / δ.

Hierdie uitdrukking is bekend dat baie van die skool fisika natuurlik, maar dit sou nie seermaak om jou geheue en onthou, wat elk van die veranderlikes beteken verfris:

• S - gebied van die kapasitor plate.
• E - relatiewe permittiwiteit van die diëlektriese materiaal wat gebruik word in kapasitor ontwerp.
• εₒ - as in fisika aan permittiwiteit van vrye ruimte aan te dui.
• δ - so dit kan aangewys word of die dikte van die diëlektriese plaat, of die afstand tussen die verskillende lae van materiaal.

So, uit die bogenoemde formule wat die kapasitansie maklik verander. Dit is voldoende om een of ander manier op te tree op die gebied van die plaat van diëlektriese materiaal, 'n afstand tussen die plate of direk met die deurlaatbaarheid gebruik in die vervaardiging van die materiaal. Gevolglik is die keuse van besondere waarde hang uitsluitlik op die lys van take wat die toestel ontwerpers het '.

Dus, kan ons selfs 'n kapasitiewe sensor met jou hande, as 'n konstruktiewe oogpunt is dit - die gewone plat of ronde kapasitor, een plaat van wat voortdurend ervaar 'n beheerde beweging in die ruimte, wat lei tot 'n verandering in kapasitansie. Daar moet onthou word dat die bogenoemde formule is slegs geldig indien jy heeltemal verwaarloos rand-effekte. Ons sal meer hieroor in die laaste gedeelte van hierdie artikel praat.

Dit moet bekend word dat sodanige elektroniese toestelle op groot skaal vir die meting van die hoek en lineêre verplasings van voorwerpe, die berekening van die grootte, die toepassing werk, humiditeit, konsentrasie van aktiewe stof en ander eienskappe. Met betrekking tot die strukturele aspekte van die vraag, dan sê bale is vliegtuig-parallel gemaak, in silindriese omhulsels met pen elektrodes, met 'n voering van 'n diëlektriese materiaal, en selfs daarsonder.

Hier is hoe om kapasitiewe sensors werk. Die beginsel van werking van 'n paar van hulle nodig het om te weet in groot detail. In hierdie artikel gee ons 'n paar formules wat nuttig vir jou kan wees.

Formule om die beginsel van werking van sekere soorte sensors beskryf

Vlak sensor met moontlike variasie van die vierkante diëlektriese plate kan redelik maklik beskryf word met behulp van die volgende vergelyking:

C = εεₒaH / δ.

Deur "X" in hierdie geval verwys na die lengte van die oorvleueling van elektrodes gebruik. Gevolglik, " 'n" dui op die breedte van die plate van die kapasitor. Dit sal opgemerk word dat sulke toestelle het in verskeie velde van die industrie, waar dit gebruik word vir akkurate meting van hoek waardes toegepas. kapasiteit van die transducer in so 'n geval is gevind deur die volgende uitdrukking:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Met die oog op die sensitiwiteit akkuraat te meet, moet jy 'n effens ander formule gebruik:

K = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ.

Kom ons kyk wat bedoel word met die veranderlikes wat deel is van hierdie vergelykings:

• r₁ - innerlike radius van die condensor plate;
• r₂ - buitenste radius van dieselfde plaat;
• φ - gemeet op die oomblik (werklike) waarde van die oorvleueling hoek;
• φₒ - die aanvanklike waarde van die oorvleueling hoek.

Ten slotte, verduidelik ons die wiskundige uitdrukking wat die werksbeginsel van die kapasitiewe meter met verstelbare lug gaping beskryf:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Voorspelbaar, 'n primêre klaring δₒ verstaan, die letter X is dieselfde bedrag van verplasing van die bord. Aandag te gee! Sedert statiese eienskappe is nie streng liniêr, tipies die vlak sensor van die tipe gebruik word om baie klein verplasings, wat nie meer as die hoeveelheid 0,1δₒ meet. Natuurlik is hierdie toestelle hoogs geëis in presisie ingenieurswese, waar selfs geringe foute baie ernstige probleme kan veroorsaak.

Waar kan hulle gebruik word?

Gebiede van moontlike toepassing is uiters divers. So, in feitlik alle bedrywe kan die operasie, wat beheer word deur hierdie toestelle te ontmoet. Hulle word gebruik om die vulling van die verskillende tenks te beheer, en die inhoud daarvan kan vloeistof, gasagtige of deeltjies (gas sensor) wees.

Die voorkoms van industriële en normale menslike industriële aktiwiteit is hoër, meer betroubaar en makliker om sulke toestelle te ontwerp. Van die kombinasie van hierdie simptome, hulle is so goed dat dit gebruik kan word selfs in uiters aggressiewe voorwaardes hou olietenkskepe.

Verder kan die kapasitiewe sensor word gebruik as 'n beperking skakelaar op die vervoerband of masjien vervaardiging winkel. Dit is nodig en vir die mees akkurate posisionering van verskeie meganismes.

nabyheid sensor

Maar nou in groot aanvraag nabyheid sensor, wat van presies dieselfde beginsel. Die omvang van die gebruik daarvan is selfs groter. Dit is te danke aan die pennie koste toestelle wat kan werk in feitlik alle vorme van bedryf. Daar is egter tipies bedryf waar hierdie tipe van toerusting is die gewildste:

• Beheer van die vloeistof gevulde deursigtige houers gemaak van plastiek of glas.
• 'N Soortgelyke funksie uitgevoer word deur hulle in die vervaardiging van voedselprodukte (insluitend kinders), waar die finale produk word verpak in houers gemaak van deursigtige materiaal. Op dieselfde beginsel gebaseer en die werk van die baal as 'n kapasitiewe brandstof sensor.
• Vir die monitering van gevaarlike gebiede, waar moontlik gebreek kronkel draad.
• Beheer soortgelyke plekke waar die draer vervoerband kan beskadig.
• Individueel beheer oor die tipe van produkte (omskakeling van blikkies, bottels, verpakking).

Nie verrassend nie, hierdie elektroniese toestelle is die mees algemene in die presisie ingenieurswese, kragopwekking en baie ander nywerhede verskeidenheid van sensors.

inclinometers

Toestelle wat slegs in 'n relatief onlangse jare algemeen geword het is klein-grootte kapasitiewe hoek meter verskaffing oordrag elektriese uitsetsein wie se grootte is direk eweredig aan die hoek sensor gebruik.

Die mees algemene groot gebied van die gebruik van hierdie toestelle: platform aanpassing stelsel, bepaling van die defleksie en vervorming van verskillende soorte tegniese ondersteuning balke, sowel as akkurate beheer van die pad, spoorlyn afwyking op die stadium van hul konstruksie.

Verder het die gebruik van sulke toestelle bepaal die rol van swaar vragmotors en ander voertuie, hysbakke en industriële graafmachines en bepaal die graad van hoekverplasing vir landbou en industriële masjiene besonder groot.

Baie belangrik kapasitiewe brandstof vlak ore in die oliebedryf. Hulle word gebruik selfs in die tenkskepe wat dra in 'n reis tiene en honderde duisende ton van verfynde olie produkte. Hierdie toestelle is baie effektief, selfs in baie groot vorming van kondensaat en 'n hoë graad van stof produksie area (dieselfde gas sensor).

Hulle vind die gebruik daarvan in die meting waardes van die absolute en relatiewe druk vlakke sowel as die dikte van die diëlektriese materiaal, wat is uiters belangrik in byna alle nywerhede waar werklik kragtige kapasitors gebruik word.

Die belangrikste voordele van kapasitiewe sensors

Dit sal opgemerk word dat die kapasitiewe sensor het baie voordele in vergelyking met soortgelyke toestelle wat gevorm word op ietwat anders beginsels. Kom ons noem die belangrikste voordele van hierdie hoender:

• In die vervaardiging, hulle is baie eenvoudig. Daarbenewens kan die mees eenvoudige en goedkoop materiaal gebruik word in die produksie. Selfs kapasitiewe brandstof vlak sensors gebruik in die petroleum-industrie belangrik voorwerpe het baie beskeie grootte het die laagste moontlike vlak van verbruik van elektriese energie. Met al hierdie eienskappe, verskil hulle uitstekende vlak van sensitiwiteit, wat dikwels onbereikbaar vir die duurder toestelle.
• In beginsel, kan dit 'n kapasitiewe sensor met jou hande, met behulp van as sy basis meer of minder betroubaar en 'n hoë gehalte industriële kapasitor.
• Die kontakte hulle (baie selde gebruik 'n huidige versamelaar), wat uiters voordelig vir die werk in 'n toestand van hoë stof en humiditeit.
• uiters lang lewe, die eenheid bestuur herhaaldelik na "terugvat" hul lae koste. Gevolglik is die kapasitiewe sensor (die prys van wat in die reeks 1200-1700 roebels) is uiters winsgewende verkryging.
• Vir die verskuiwing van die roerende gedeelte van die toestel is nodig om verbasend min moeite te maak.
• Die toestel is baie maklik om te kombineer met feitlik alle kategorieë van toerusting wat gebruik word slegs in industriële aktiwiteite.

negatiewe aspekte

Ongelukkig, elke kapasitiewe sensor het sekere nadele, wat tot 'n sekere mate die wydverspreide gebruik van hierdie tipe van toerusting bemoeilik. Ons noem hulle in meer detail:

• omskakelingsfaktor (dit wil sê, transmissie) is relatief laag.
• Klein grootte en eenvoud van ontwerp dra by tot die feit dat die genomineerde baie hoë eise aan die kwaliteit van die vertoning toestelle.
• Goeie kapasitiewe vlak sensor (en ander soortgelyke meetinstrumente) kan effektief net teen 'n frekwensie veel hoër is as die standaard waarde van 50 Hz bedryf.

belangrik Kennisgewings

Maar alles is nie so erg nie. Baie vervaardigers soek uitstekende afskerming eienskappe van die sensors deur klein veranderinge in hul struktuur. Soos vir die frekwensie van gebruik, in die praktyk wys dat hulle uitstekende resultate in wydverspreide industriële waarde van 400 Hz.

Ons het reeds gepraat oor lojaliteit aan die basiese formule slegs indien die rand effek ignoreer. Maar dit is nuttig om te weet dat dit regtig kan 'n negatiewe uitwerking net in die geval dat die afstand tussen die diëlektriese plate is vergelykbaar met hul eie grootte. Daarbenewens kan die negatiewe uitwerking grootliks neutraliseer net die gebruik van die lyfwag ring. In hierdie geval, kan die impak van grens-effekte nie goed oor te dra as die gebruik plate.

Weereens, ons daarop let dat dieselfde druk sensors word gekenmerk deur 'n merkwaardige eenvoud, wat jou toelaat om 'n wonderbaarlik stabiele, duursame en 'n lae-koste struktuur te skep. As jy kies die regte meetkundige dimensies gebruik diëlektriese gebruik in die produksie van so 'n kapasitor materiaal kan nie besonder bekommerd.

So, korrek optel van die metaal stempel vir die vervaardiging van die sensor behuising, dit is feitlik onbeduidend selfs sterk temperatuurskommelinge wat kan lei tot 'n verandering in kapasitansie van die toestel en die onvoldoende lesings. Natuurlik beteken dit nie uit te skakel die behoefte om deeglike geïsoleerde druk sensors en ander sulke aanwysers van aggressiewe omgewingsfaktore te voer. Ten spyte van hul eenvoud, kan 'n hoë humiditeit en verhoogde vlakke van bestraling negatiewe invloed op die betroubaarheid van die toestel.

klassifikasie van sensors

Gebruik in industriële prosesse vir die produksie toelaat om alle vorme van sensors wat in twee groot groepe deel: odnoemkostnye en dvuhemkostnye. Laasgenoemde soort word verdeel in differensiaal- en poludifferentsialnye. Kom ons kyk na hulle in meer detail.

Odnoemkostny toestel. In hierdie geval is die kapasitiewe sensor kring baie eenvoudig, aangesien hul grootste deel is die mees algemene kapasitor met veranderlike kapasitansie. Ongelukkig, selfs 'n effens toegeneem humiditeit en temperatuur op die akkuraatheid van aanduidings baie tasbare impak. As gevolg van hierdie, daar is verskeie sensors dikwels stukkend. Om die omvang van sulke foute te neutraliseer, is dit nodig om gedifferensieerde struktuur gebruik.

Dvuhemkostny sensor. Eintlik is dit net so 'n gedifferensieerde struktuur. Dit is dikwels moontlik om te voldoen aan die kapasitiewe vlak sensor vervaardig deur so 'n skema. Hierdie toestelle is verlos van die belangrikste nadele van die vorige model, maar het hul eie swakhede. Die belangrikste nadeel is die behoefte om twee of drie beskerm drade gebruik tussen die toestel self en die oppervlak, want slegs op dié manier die sogenaamde parasitiese kapasitansie kan onderdruk.

Maar 'n redelik gesofistikeerde skema van kapasitiewe sensors in hierdie geval is dit maklik om te ignoreer, want in ruil vir jou 'n uiters akkurate en sensitiewe toestel kry.

die bou van sensors Spesifisiteit

In baie gevalle (uit die ontwerp oogpunt) die skepping van sulke toestelle is problematies. Dit is veral waar wanneer jy 'n sensor met veranderlike vlakke van kapasiteit te skep. Maar ervaring toon dat baie van die probleme byna heeltemal akkurate kalibrasie en hoë werkverrigting materiale wat gebruik word in die produksie is opgelos. Die meeste dikwels hierdie probleme in die gesig gestaar deur produsente dvuhemkostnyh sensors.

In die algemeen is die spesifisiteit van hierdie tipe van meettoestelle is dat hulle kan voorgestel word as 'n dimensielose verhouding van twee fisiese groothede (houers) wat 'n presiese fisiese uitdrukking en betekenis het. Sodat hulle veilig kan genoem word "probes die verhouding." Die voordeel van hierdie toestelle (hulle groot plus!) Is dat hulle kan oor die algemeen nie in sy ontwerp 'n paar standaard maatreëls wat afkoel verhoog betroubaarheid in werklik uiterste situasies en omstandighede.

Karakterisering van lineêre opnemers

Alle nie-elektriese waardes, wat dikwels nodig is om te beheer in 'n industriële omgewing, is dit uiters diverse en veelsydig. 'N Beduidende deel van die maatreëls wat streng beperk is, maak hoek en lineêre beweging selfs verskillende soorte oppervlaktes in die ruimte. As jy 'n kapasitor wat absoluut uniforme elektriese veld in die gaping het gebruik, dit is nie so moeilik om elektroniese sensors twee van die volgende tipes te maak:

• In watter area van die elektrodes is veranderlike.
• Diegene wat 'n veranderlike gaping tussen die elektrodes.

Dit is maklik om te verstaan dat die eerste tipe is die mees geskikte vir die vasstelling van die werklik groot beweging, terwyl die gebruik van die tweede verskeidenheid kan selfs 'n paar liggaamsbeweging in ruimte opgemerk, waarvan die waarde is gelyk aan slegs 'n paar mikron!

Sensors vir die bepaling van die hoekverplasing

In die algemeen, deur ontwerp en doel, hulle byna heeltemal identies aan die vorige kontak tipe. Ooreenkoms is geopenbaar in die feit dat die sensors is elektrodes van 'n veranderlike area moet ook gebruik word vir 'n groter dimensies en met 'n veranderlike afstand tussen die elektrodes hulself - klein. Tipies, is sulke toestelle gemaak multi-deursnee, met die moontlikheid van die verandering van die gebied van die kapasitor plate.

Om dit te bereik, 'n eerste elektrode vas aan die roerende skag in rotasie wat dit verander sy posisie relatief tot die tweede verandering gebied wat die oorvleueling van die diëlektriese plate in die kapasitor bied. Natuurlik, wanneer dit het 'n verandering in kapasitansie.

bevindings

Sodat ons bespreek die basiese eienskappe van die vlak van die instrument, geleer het oor hul areas van toepassing, oor die ontwerp-elemente, die beginsel van aksie en moontlike tegniese oplossings. Soos jy kan verstaan van die artikel, is die voorkoms van kapasitiewe sensors en hul uiters hoë gewildheid gebaseer op die baie aantreklike prys van sulke toestelle en 'n lang lewe, selfs onder moeilike omstandighede.

Dit alles is moontlik te danke aan die feit dat, uit 'n konstruktiewe standpunt, al hierdie meter is net standaard kapasitors, wat gekenmerk word deur 'n ietwat ongewone manier van hul aansoek. Jy kan egter en vind uit vir jouself, weer te kyk na die wiskundige formules wat in die algemeen weerspieël die beginsels maffen werk.