Капацитивен сензор: апарати и принцип на работа. Капацитивните сензори: заявление

Съвременната индустрия и ежедневните човешки човешки дейности, също е невъзможно да си представим без всякакви електронни устройства. Те ни помогне по всякакъв начин, както и някои производствени операции за извършване на не успее без тях. За тези "помощници" трябва да включва капацитивен сензор.

Наречена е така, конвертори, направени от параметричен вид. Измерване на обем на такива устройства се извършва чрез вариации на капацитет при смяна на някои важни параметри. Казано по-просто, прогнозната промяна в капацитет под влиянието на някои външни фактори.

Операционната принципа на капацитивен сензор

Това е, което най-капацитивни сензори. Принципът на работа те не са толкова трудно, но за да го разбере, което трябва да знаеш нещо. Да започнем с това ние си спомняме, на принципа на определяне на капацитет на кондензатор. Това действие се изразява със следната формула:

С = εεₒS / δ.

Този израз е известно, че много от курса по физика в училище, но това не би навредило да опресни паметта си и изземване, което означава всяко от изброените:

• S - площ на кондензатор плочи.
• Е - диелектрична константа от диелектричен материал, използван в кондензатор дизайн.
• εₒ - както в областта на физиката, за да се обозначи проницаемост на свободното пространство.
• δ - така че може да бъде определено или дебелината на изолационната пластина, или разстоянието между няколко слоя от материал.

Така, от горната формула, че капацитет промени лесно. Достатъчно е някак действа върху площ на плочата от диелектричен материал, разстояние между плочите или директно с пропускливостта използвани при производството на материала. Съответно, изборът на определена стойност зависи единствено от списъка със задачите, които са си поставили дизайнерите на устройството.

По този начин, ние можем дори да направите капацитивен сензор с ръцете си, като конструктивна гледна точка това е - обичайната плоска или цилиндрична кондензатор, една плоча от които постоянно изпитва контролирано движение в пространството, което води до промяна в капацитет. Трябва да се помни, че горната формула е валидна само ако сте напълно пренебрегва ефектът на ръбовете. Ще говорим повече за това в последната част на тази статия.

Трябва да се знае, че тези електронни уреди се използват широко за измерване на ъглови и линейни премествания на обекти, изчисляване на размера, заявената работата, влажност, концентрация на активно вещество и други характеристики. По отношение на структурните аспекти на въпроса, тогава споменатата бали са равнина паралелна, в цилиндрични корпуси с ПИН електроди, с подплата от диелектричен материал, дори и без него.

Ето как можете да работите капацитивни сензори. Принципът на работа на някои от тях трябва да се знае в големи подробности. В тази статия ще дам някои формули, които могат да бъдат полезни за вас.

Формула за описване на принципа на действие на някои видове сензори

Сензор за ниво с възможност за промяна на квадрата диелектрични плочи може да бъде доста лесно описани с помощта на следното уравнение:

С = εεₒaH / δ.

Под "X" в този случай се отнася до дължината на припокриването на електроди, използвани. Съответно, "а" означава ширината на плочите на кондензатора. Трябва да се отбележи, че тези устройства са били приложени в различни области на промишлеността, където те се използват за точно измерване на ъглови стойности. капацитет на сондата в такъв случай се изчислява чрез следното уравнение:

С = εεₒ (r₂- R,) / 2δ * (φₒ-φ).

За да се измери точно чувствителността, трябва да използвате малко по-различна формула:

К = εεₒ (r₂- R,) / 2δ.

Нека да видим какво се разбира под тези променливи, които са част от тези уравнения:

• R, - вътрешен радиус на кондензатора плочи;
• r₂ - външен радиус на същата плака;
• φ - измерена в момент (нетна) стойност на ъгъла на припокриване;
• φₒ - първоначалната стойност на ъгъла на припокриване.

И накрая, ние обясни математически израз, който описва принципа на работа на капацитивен габарит с регулируема въздушна междина:

С = εεₒS / (δₒ-X).

Очаква, първичен клирънс δₒ разбира, буквата X са същото количество изместване на плочата. Обърнете внимание! От статичните характеристики не са строго линейни, обикновено сензора от типа ниво се използва за измерване на много малки премествания, които няма да надвишава количеството, 0,1δₒ. Естествено, тези устройства са много търсени в прецизната техника, където дори малки грешки могат да доведат до доста сериозни проблеми.

Къде мога да те да се използва?

Области на възможно приложение са изключително разнообразни. По този начин, в почти всички отрасли могат да се срещнат на операцията, която се контролира от тези устройства. Те се използват за контрол на пълнене на резервоарите, и съдържанието им могат да бъдат течни, газообразни или частици (газ сензор).

Разпространението на промишлени и нормално човешко промишлената дейност е по-висока, по-надеждни и по-лесно да се изработи такива устройства. От комбинацията от тези симптоми, те са толкова добри, че те може да се използва дори и при изключително агресивни условия притежава петролни танкери.

Освен това, сензорът за капацитивен може да се използва като краен прекъсвач на магазина за производство на конвейер линия или машина. Необходимо е и за най-точно позициониране на различни механизми.

сензори за близост

Но сега по-голямо търсене сензори за разстояние, които са направени от един и същ принцип. Обхватът на тяхното използване е още по-широка. Това се дължи на устройства стотинка разходите, които могат да работят в почти всички видове промишленост. Въпреки това, има типична индустрия, където този тип оборудване са най-популярните:

• Контрол на прозрачни контейнери за течност напълнена изработени от пластмаса или стъкло.
• Подобна функция се изпълнява от тях при производството на хранителни продукти (включително деца), където крайния продукт се опаковат в контейнери от прозрачни материали. На същия принцип, въз основа и на работата на бала като капацитивен сензор за гориво.
• За наблюдение на опасни зони, където е възможно, счупени намотки.
• Контролирайте подобни места, където конвейерен колан носител могат да бъдат повредени.
• Индивидуално контролира вида на продукти, произведени (превръщането на консервни кутии, бутилки, опаковки).

Не е изненадващо, че тези електронни устройства са най-често срещаните в разнообразието на прецизната техника, производство на енергия и много други индустрии на сензори.

инклинометри

Устройствата, които са станали широко разпространен само в относително последните години са маломерни капацитивен инклинометър предоставяне на преносна електрическа изходен сигнал, чиято величина е пряко пропорционално на датчика за ъгъл използва.

Най-честата основна областта на използването на тези устройства: платформа система подравняване, за определяне на деформация и деформация на различни видове греди за техническа поддръжка, както и прецизен контрол на автомобилния, железопътния отклонение път на етапа на тяхното изграждане.

Освен това, с помощта на тези устройства определят хвърляне на тежкотоварни камиони и други превозни средства, асансьори и индустриални багери и установи степента на ъглово отклонение за селскостопански и промишлени машини особено големи.

Много важно капацитивни ниво сензори гориво в петролната индустрия. Те се използват дори и в най супертанкера, които носят в едно пътуване на десетки и стотици хиляди тонове рафинирани петролни продукти. Тези устройства са изключително ефективни дори в много изобилен образуване на кондензат и висока степен на производство прах площ (същия газ сензор).

Смятат, използването им в стойностите на измерване на абсолютни и относителни нива на налягане, както и дебелината на диелектричен материал, който е изключително важен в почти всички отрасли, в които се използват наистина мощни кондензатори.

Основните предимства на капацитивни сензори

Трябва да се отбележи, че капацитивен сензор има много предимства в сравнение с други подобни устройства, които се образуват по малко по-различни принципи. Нека изброим основните предимства на тези крави:

• В производството, те са изключително проста. Освен това, най-прости и евтини материали могат да бъдат използвани в тяхното производство. Дори и сензори капацитивен ниво на горивото, използвани в важни обекти на петролната промишленост имат изключително скромен размер има възможно най-ниското ниво на консумация на електрическа енергия. С всички тези характеристики, те се различават отлично ниво на чувствителност, което често е недостижим за по-скъпите устройства.
• По принцип, тя може да бъде капацитивен сензор с ръцете си, като използва за база повече или по-малко надеждна и висококачествена промишлена кондензатор.
• Контактите, които имат (много рядко използват ток колектор), който е изключително полезен за работата в условия на висока влажност и прах.
• изключително дълъг експлоатационен живот, устройството многократно успява да "улови" тяхната ниска цена. Съответно, сензорът за капацитивен (чиято цена е в диапазона 1200-1700 рубли) е изключително печеливш придобиване.
• За преместване на движима част на устройството е необходимо да се направи изненадващо малко усилия.
• Устройството е много лесно да се комбинира с почти всички категории на оборудване, което се използва само в промишлени дейности.

отрицателни аспекти

За съжаление, всеки капацитивен сензор има определени недостатъци, които до известна степен усложняват широкото използване на този тип оборудване. Ние ги изброим по-подробно:

• конверсионен фактор (т.е. предаване) е относително ниска.
• Малък размер и простота на дизайна допринасят за факта, че номинираните доста високи изисквания за качеството на устройства за наблюдение.
• Добър сензор капацитивен ниво (и други подобни измервателни уреди) могат да работят ефективно само с честота по-висока от стандартната стойност от 50 Hz.

важни забележки

Все пак, не всичко е толкова лошо. Много производители се стремят отлични защитни характеристики на датчиците чрез малки промени в тяхната структура. Що се отнася до честотата на използване на практика те показват отлични резултати при широко промишлено стойност на 400 Hz.

Ние вече говорихме за лоялност към основната формула, само ако игнорирайки ръб ефект. Но това е полезно да се знае, че тя наистина може да има негативен ефект само в случай, че разстоянието между плочите диелектрични е сравнима с тяхната собствена размер. Освен това, отрицателен ефект може да се неутрализира до голяма степен само с използване на охрана пръстен. В този случай, на въздействието на граничните ефекти не могат да прехвърлят далеч отвъд използваните плочи.

Още веднъж, ние се отбележи, че същите сензори за налягане се характеризират със забележителна простота, която ви позволява да създадете прекрасно стабилен, траен и евтин структура. Ако изберете правилните геометрични размери, използвани диелектрик се използва в производството на такива материали кондензатор не може особено притеснен.

По този начин, правилно бране на метал печат за производство на корпуса на сензора, това е практически пренебрежими дори силни температурни колебания, които биха могли да доведат до промяна в капацитет на устройството и неговите неадекватни показания. Разбира се, това не се премахне необходимостта за извършване на задълбочени сензори изолиран под налягане и други такива показатели на агресивните фактори на околната среда. Въпреки своята простота, висока влажност на въздуха и повишени нива на излъчване могат да повлияят отрицателно на надеждността на устройството.

класификация на сензори

Използва се в индустриални процеси за тяхното производство позволяват да споделяте всички видове сензори, произведени в две големи групи: odnoemkostnye и dvuhemkostnye. Последният вид е разделен на диференциалното и poludifferentsialnye. Нека ги разгледаме по-подробно.

Odnoemkostny устройство. В този случай капацитивен сензор верига изключително проста, тъй като основната им част е най-честата кондензатор с променлив капацитет. За съжаление, дори и леко повишаване на влажността и температурата върху точността на индикации много осезаем ефект. Поради това, има различни сензори често неизправност. За да се неутрализира величината на тези грешки, то е необходимо да се използва диференциран структура.

Dvuhemkostny сензор. Всъщност, това е просто такава диференцирана структура. Тя често е възможно да се отговори на сензора за капацитивен ниво се произвежда от такава схема. Тези устройства се доставят от основните недостатъци на предишния модел, но имат свои слабости. Най-съществен недостатък е необходимостта да се използват две или три защитени кабели между самото устройство и повърхността, защото само по този начин може да потисне т.нар паразитни капацитет.

Въпреки това, доста сложна схема на капацитивни сензори в този случай е лесно да се игнорира, защото в замяна ще получите изключително точен и чувствителен устройство.

изграждане сензори Специфика

В много случаи (от точката на дизайнерска гледна) за създаването на такива устройства е проблематично. Това е особено вярно, когато искате да създадете сензор с променливи нива на капацитет. Въпреки това, опитът показва, че много от проблемите се решават почти напълно точно калибриране и материали с високо изпълнение, използвани в производството. Най-често тези трудности пред които са изправени производителите dvuhemkostnyh сензори.

Като цяло, специфичността на този тип на измервателните устройства е, че те могат да бъдат представени като безразмерна съотношение на два физически количества (контейнери), които имат точно физически експресия и смисъл. Така че те могат да бъдат безопасно, наречена "сонди връзката." Предимството на тези устройства (тях огромен плюс!) Е, че те по принцип не може да има в своя дизайн някои стандартни мерки, които се охладят подобрява надеждността в наистина екстремни ситуации и условия.

Характеризиране на линейни енкодери

Всички неелектрически ценности, които често се изисква да се контролира в промишлена среда, е изключително разнообразни и разнопосочни. Значителна част от мерките, които са предмет на строг контрол, правят ъглови и линейни движения дори различни видове повърхности в пространството. Ако използвате кондензатор, който има абсолютно еднакво електрическо поле в пропастта, не е толкова трудно да се правят електронни сензори две от следните видове:

• В коя област на електродите е променлива.
• Тези, които имат променлив разминаване между електродите.

Лесно е да се разбере, че първият вид е най-подходящ за фиксиране на наистина голям движение, докато използвате Втората разновидност може да се забележи дори някои движения на тялото в пространството, чиято стойност е равна на само няколко микрона!

Сензори за определяне на ъглово преместване

Като цяло, с дизайн и цел те почти напълно идентичен с предходния тип контакт. Сходство се проявява в това, че сензорите са електроди от променлива област следва да се използват за по-големи размери и с променливо разстояние между самите електроди - малки. Обикновено, тези устройства са много сечение, с възможност за промяна на площта на кондензатор плочи.

За да се постигне това, първи електрод фиксиран към подвижния вал на въртене, която се променя позицията си спрямо втората зона промяна, която осигурява припокриването на диелектрични плочи в кондензатор. Разбира се, когато го записали промяна в капацитет.

данни

Така че ние обсъдихме основните характеристики на нивото на инструмента, научих за приложението им, за проектните характеристики, принципа на действие и възможните технически решения. Както можете да разберете от статията, разпространението на капацитивни сензори и изключително високата им популярност се базира на много атрактивна цена на такива устройства и дълъг експлоатационен живот, дори при трудни условия на околната среда.

Всичко това е възможно благодарение на факта, че от конструктивна гледна точка, всички тези метра са само стандартни кондензатори, които се характеризират с малко необичаен начин на тяхното прилагане. Въпреки това, можете да и да разберете за себе си, за пореден път гледа математическите формули, които до голяма степен съответстват на принципите Кип работа.