Capacitado sensor: aparello e principio de funcionamento. sensores capacitivos: aplicación

A industria moderna, e as actividades humanas humanas cotiás, tamén, é imposible imaxinar sen todo tipo de dispositivos electrónicos. Eles axudarnos en todos os sentidos, e algunhas operacións de fabricación para realizar non ten éxito sen eles. Para eses "axudantes" tamén debe incluír un sensor capacitivo.

Así chamado conversores feitas por tipo paramétrico. Medir un volume de tales dispositivos é realizada a través de variacións de capacidade cando cambiando de algúns parámetros importantes. Simplificando, a variación estimada en capacitancia baixo a influencia dalgúns factores externos.

O principio de funcionamento do sensor capacitivo

Iso é o que os sensores capacitivos. O principio de funcionamento non son tan difícil, pero para comprende-lo ten que saber algo. Para comezar, lembrar o principio de determinar a capacidade do condensador. Esta acción é expresada pola seguinte fórmula:

C = εεₒS / δ.

Esta expresión é coñecido por moitos do curso de física da escola, pero non faría mal para refrescar a súa memoria e recordo, o que significa cada unha das variables:

• S - área das placas do condensador.
• E - permisividade relativa do material dieléctrica usado no proxecto capacitor.
• εₒ - como na física para denotar permisividade do espazo libre.
• δ - de xeito que pode ser designado ou o espesor da placa dieltrica, ou a distancia entre as varias capas de material.

Así, a partir da fórmula anterior que a capacidade cambiar facilmente. Só ten que dalgún modo actuar na área da tarxeta de material dieléctrico, unha distancia entre os sinais ou directamente coa permeabilidade ó utilizado na fabricación do material. Así, a selección de especial valor depende unicamente da lista de tarefas que os deseñadores de dispositivos definiu.

Así, podemos incluso facer un sensor capacitivo coas mans, como un punto de vista constructivo que é - o capacitor plana ou cilíndrica de costume, un prato que é constantemente experimentando un movemento controlado no espazo, o que leva a un cambio na capacidade. Debe lembrar que a fórmula anterior é válida só se está descoidando completamente os efectos de bordo. Falaremos máis sobre iso na sección final deste artigo.

Debe ser coñecido que tales dispositivos electrónicos son utilizados extensivamente para a medición dos desprazamentos angulares e lineares de obxectos, calcular o tamaño, o traballo aplicado, humidade, concentración de substancia activa e outras características. En relación aos aspectos estruturais da pregunta, entón o referido fardos sexan feitos planos paralelos, en caixas cilíndricas con electrodos de patas, con un revestimento de material dieléctrico, e mesmo sen ela.

Vexa como funcionan os sensores capacitivos. O principio de funcionamento dalgúns deles necesitan saber en gran detalle. Neste artigo, imos dar algunhas fórmulas que poden ser útiles para ti.

Fórmula para describir o principio de funcionamento de certos tipos de sensores

O sensor de nivel coas variacións posibles do cadrado placas dieléctricos pode ser facilmente descrito mediante a seguinte ecuación:

C = εεₒaH / δ.

Por "X" neste caso refírese ao longo da superposición de electrodos utilizados. Por conseguinte, "un" indica o ancho das placas do condensador. Debe notarse que tales dispositivos foron aplicados en varios campos da industria, onde son utilizados para a medición precisa dos valores angulares. capacidade do transdutor en tal caso se atopa a través da seguinte expresión:

C = εεₒ (r₂- RJ) / 2δ * (φₒ-φ).

A fin de medir con precisión a sensibilidade, pode usar unha fórmula lixeiramente diferente:

K = εεₒ (R- r₂-) / 2δ.

Imos ver o que se entende por aquelas variables que forman parte destas ecuacións:

• R- - raio interno das placas do condensador;
• RP - raio externo do mesmo tarxeta;
• φ - medida no valor do momento (real) do ángulo de superposición;
• φₒ - o valor inicial do ángulo de superposición.

Por último, imos explicar a expresión matemática que describe o principio de funcionamento do contador de capacitiva con espazo de aire regulable:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Previsiblemente, unha folga primario δₒ entendido, letra X son a mesma cantidade de desprazamento da placa. Preste atención! Desde características estáticas non son estrictamente lineal, normalmente o sensor de nivel de tipo usado para medir moi pequenos desprazamentos, que non será superior a 0,1δₒ cantidade. Por suposto, estes dispositivos son altamente esixidos en enxeñaría de precisión, onde incluso pequenos erros poden causar problemas moi graves.

Onde poden ser usados?

Áreas de posible aplicación son moi diversas. Así, en practicamente todas as industrias poden atender a operación, os cales son controlados por estes dispositivos. Son usados para controlar o recheo dos varios tanques, e os seus contidos poden ser (sensor de gas) líquido, gasoso e partículas.

A prevalencia de actividade industrial humana industrial e normal é maior, máis fiable e máis fácil de deseñar tales dispositivos. A partir da combinación destes síntomas, son tan bos que poden ser usados mesmo en condicións moi agresivas detén petroleiros.

Ademais, o sensor capacitivo pode ser utilizada como un interruptor de límite na liña de transporte ou de máquina de fabricación tenda. É necesario e para o posicionamento máis preciso de varios mecanismos.

sensores de proximidade

Pero agora na demanda grandes sensores de proximidade, que se fixeron de exactamente o mesmo principio. A gama de seu uso é aínda maior. Isto é debido aos dispositivos centavo de custo que pode traballar en practicamente todo tipo de industria. Sen embargo, existen industria típico onde este tipo de equipos son os máis populares:

• Control dos recipientes transparentes cheas de líquido de plástico ou de vidro.
• Unha función similar é executada polos mesmos na fabricación de produtos alimenticios (incluíndo nenos), onde o produto acabado é embalado en recipientes feitos de materiais transparentes. O mesmo principio base eo traballo do fardo como un sensor de combustible capacitiva.
• Para monitorizar áreas perigosas, onde puido rotas fío de enrolamento.
• Controlar locais similares, onde a correa transportadora transportista poidan producirse danos.
• controlar individualmente o tipo de produtos producidos (conversión de latas, botellas, envases).

Non sorprendente, estes dispositivos electrónicos son os máis comúns na enxeñaría de precisión, xeración de enerxía e moitas outras industrias variedade de sensores.

inclinômetros

Dispositivos que se fan predominantes só en anos relativamente recentes son de pequeno porte inclinômetro capacitiva dando sinais de saída eléctrica de transmisión cuxa magnitude é directamente proporcional ao sensor de ángulo utilizado.

O principal campo de utilización máis común destes dispositivos: Sistema de plataforma de aliñamento, de determinación da deflexión ea deformación de varios tipos de vigas de soporte técnico, así como un control preciso da estrada, camiño de ferro de desvío franxa na fase da súa construción.

Ademais, utilizando tales dispositivos determinar o rolo de camións pesados e outros vehículos, ascensores e escavadas industriais e comprobar o grao de desprazamento angular para maquinaria agrícola e industrial particularmente grandes.

Moi importante capacitivos nivel de combustible sensores na industria do petróleo. Son usados mesmo nos superpetroleiros que transportan nunha decenas de viaxe e centos de miles de toneladas de produtos petrolíferos refinados. Estes dispositivos son moi eficaces, mesmo na formación moi abundante de condensado e un grao elevado de área de produción de po (o mesmo sensor de gas).

Atopan a súa utilización nos valores de medición dos niveis de presión absoluta e relativa, así como o grosor do material dieléctrico, o que é moi importante en case todas as industrias onde condensadores verdadeiramente potentes son utilizadas.

As principais vantaxes dos sensores capacitivos

Débese notar que o sensor capacitivo ten moitas vantaxes en comparación cos dispositivos similares que están formadas en principios algo diferentes. Imos incluír as principais vantaxes destes Kip:

• Na fabricación, son moi simples. Ademais, os materiais máis sinxelo e barato pode ser usado na súa produción. Mesmo os sensores de nivel de combustible capacitado utilizados na industria do petróleo obxectos importantes ten tamaño moi modesta ten o máis baixo nivel posible de consumo de enerxía eléctrica. Con todas estas características, eles difiren excelente nivel de sensibilidade, que é moitas veces inalcanzables para os dispositivos máis caros.
• En principio, pode ser un sensor capacitivo coas mans, usando como base calquera calidade capacitor industrial máis ou menos fiable e de alta.
• Os contactos que teñen (moi raramente usado un colector de corrente), o que é moi beneficioso para o traballo en condicións de alta humidade e po.
• moi longa duración, a unidade xestiona varias veces para "recuperar" o seu baixo custo. Así, o sensor capacitivo (cuxo prezo está na franxa 1200-1700 rublos) é a adquisición moi rendible.
• Para mover a parte móbil do dispositivo é necesario para facer sorprendentemente pouco esforzo.
• O dispositivo é moi fácil de combinar con case todas as categorías de equipo que é usado só en actividades industriais.

aspectos negativos

Desafortunadamente, cada sensor capacitivo ten certas desvantaxes, que ata certo punto, complicar o uso estendido deste tipo de equipamento. Listados-los con máis detalle:

• factor de conversión (isto é, transmisión) é relativamente baixa.
• Pequeno tamaño e sinxeleza do deseño contribuír ao feito de que o bastante altas demandas nomeado en calidade de dispositivos de seguimento.
• Bo detector de nivel capacitado (e outros instrumentos de medida semellantes) pode funcionar eficazmente só cunha frecuencia moito máis elevada que o valor por defecto de 50 Hz.

avisos importantes

Con todo, non todo é tan malo. Moitos fabricantes buscan excelentes características de protección dos sensores, facendo pequenos cambios na súa estrutura. Igual á frecuencia de uso, na práctica mostran excelentes resultados en termos de valor industrial xeneralizada de 400 Hz.

Xa falamos sobre a lealdade á fórmula básica só se ignorar o efecto de borde. Pero é útil saber que realmente pode ter un efecto negativo só no caso de que a distancia entre os sinais dieléctrica é comparable ao seu propio tamaño. Ademais, o efecto negativo pode ser en gran parte neutralizar simplemente usando o anel de garda. Neste caso, o impacto dos efectos de fronteira non pode transferir ben ademais das placas utilizadas.

Unha vez máis, observamos que os mesmos sensores de presión son caracterizado por unha notable sinxeleza, o que permite a creación dunha estrutura estable admirabelmente, duradeiro e de baixo custo. Se escolle as dimensións xeométricas adecuadas utilizadas dieléctrica é usado na produción dun tal de materiais de capacitores non pode particularmente preocupados.

Así, correctamente pegando o selo de metal para a fabricación da caixa do sensor, é practicamente insignificante flutuacións de temperatura mesmo fortes que poderían resultar nunha alteración na capacidade do dispositivo e das súas lecturas inadecuadas. Por suposto, iso non elimina a necesidade de realizar sensores illado presión completas e outros tales indicadores de factores ambientais agresivas. A pesar da súa sinxeleza, os altos niveis de radiación de alta humidade e que poden afectar negativamente a fiabilidade do dispositivo.

clasificación de sensores

Utilizada nos procesos industriais para a súa produción permiten o intercambio de todo tipo de sensores producidos en dous grandes grupos: odnoemkostnye e dvuhemkostnye. O último tipo é dividido en diferencial e poludifferentsialnye. Imos considera-los máis detalladamente.

dispositivo Odnoemkostny. Neste caso, o circuíto sensor capacitivo moi sinxelo, xa que a súa parte principal é o condensador máis común con capacidade variable. Desafortunadamente, mesmo un lixeiro aumento de humidade e temperatura ten na precisión dos indicacións impacto moi tanxible. Debido a iso, hai varios sensores miúdo mal funcionamento. Para neutralizar a magnitude de tales erros, é necesario o uso de estrutura diferenciada.

sensor de Dvuhemkostny. En realidade, é só unha estrutura tan diferenciada. Moitas veces, é posible atopar o detector de nivel capacitado é fabricado por un tal esquema. Estes dispositivos son entregadas a partir das principais desvantaxes do modelo anterior, pero teñen as súas propias debilidades. A desvantaxe máis significativa é a necesidade de utilizar dúas ou tres fíos blindados entre o propio dispositivo ea superficie, xa que só deste xeito pode suprimir o chamado capacidade parasito.

Con todo, un esquema bastante sofisticado de sensores capacitivos, neste caso, é fácil de ignorar, porque a cambio recibe un dispositivo moi preciso e sensible.

sensores construíndo Especificidade

En moitos casos (a partir do punto de vista do deseño) a creación de tales dispositivos é problemática. Isto é especialmente certo cando quere crear un sensor con niveis variábeis de capacidade. Con todo, a experiencia mostra que moitos dos problemas son resoltos case completamente calibración precisa e materiais de alto rendemento utilizados na produción. Na maioría das veces estas dificultades afrontadas polos produtores dvuhemkostnyh sensores.

En xeral, a especificidade deste tipo de dispositivos de medida é que poden ser representados como unha relación adimensional de dúas magnitudes físicas (envases) que teñen unha expresión físico preciso e significado. De xeito que poden ser chamados con seguridade "investiga a relación." A vantaxe destes dispositivos (-lhes enorme vantaxe!) E que eles xeralmente non poden ter na súa concepción algunhas medidas estándar que arrefrían aumenta a fiabilidade en situacións e condicións moi extremas.

Caracterización de transdutores lineais

Todos os valores non eléctricos, que é moitas veces necesaria para controlar nun ambiente industrial, é moi diverso e multifacetado. Unha parte significativa das medidas que están suxeitos a un control rigoroso, facer movementos angulares e lineares mesmo distintos tipos de superficies no espazo. Se usa un capacitor que ten campo eléctrico absolutamente uniforme no espazo, non é tan difícil de facer sensores electrónicos dous dos seguintes tipos:

• En que a zona de electrodos é variable.
• Aqueles que teñen unha distancia variable entre os electrodos.

É doado entender que o primeiro tipo é o máis adecuado para fixar o realmente grande movemento, ao usar a segunda variedade pode ser notado mesmo algúns movementos do corpo no espazo, cuxo valor é igual a só uns micras!

Sensores para determinar o desprazamento angular

En xeral, polo deseño e propósito, eles case completamente o mesmo que o tipo de contacto anterior. Similaridade maniféstase no feito de que os sensores son electrodos dunha área variable debe ser utilizados para dimensións maiores e cunha distancia variable entre os propios electrodos - pequenas. Tipicamente, tales dispositivos están feitos con varias seccional, coa posibilidade de cambiar a área das placas do condensador.

Para conseguir isto, un primeiro electrodo fixado ó eixe móbil en rotación, que cambia a súa posición relativa á segunda área de cambio que ofrece a superposición das placas dieléctricos do condensador. Por suposto, cando se rexistrou un cambio na capacidade.

resultados

Entón, discutir as características básicas do nivel do instrumento, aprendemos sobre as súas áreas de aplicación, sobre as características do proxecto, o principio de acción e posibles solucións técnicas. Como pode entender dende o artigo, a prevalencia de sensores capacitivos ea súa moi alta popularidade baséase no prezo moi atractivo destes dispositivos e unha longa vida útil, mesmo en condicións ambientais difíciles.

Todo isto é posible grazas ao feito de que, desde o punto de vista constructivo, todos estes medidores son só capacitores convencionais, que se caracterizan por un xeito un tanto inusual da súa aplicación. Con todo, pode e descubrir por si mesmo, unha vez máis mirando para as fórmulas matemáticas que reflicten globalmente os principios Kip traballo.