Капацитивни сензори

 Капацитивният сензор се нарича параметричен преобразувател, при който промяната в измерената стойност се превръща в промяна в капацитивното съпротивление.

Области на въвеждане на капацитивни сензори

Вероятните области за въвеждане на капацитивни датчици са много разнообразни. Те се използват в системите за регулиране и управление на производствените процеси в почти всички отрасли. Капацитивните сензори се използват за контролиране на пълненето на резервоарите воднисти, прашни или гранулирано вещество като крайни изключватели в трансферни линии, транспортьори, роботи обработващи центри, машини, в алармени системи за позициониране на различни устройства и други подобни. Г.

Понастоящем сензорите за близост (присъствие) са по-широко използвани, които освен собствената си надеждност имат широк спектър от предимства. Сравнително ниската цена, сензорите за близост покриват широк обхват на насоченост за тяхното приложение във всички отрасли. Обичайните области на използване на капацитивни датчици от този тип са:

• сигнализирането на пълненето на контейнери от пластмаса или стъкло-

• Мониторинг на нивото на пълнене на прозрачни опаковки -

• сигнализиране на счупването на намотката -

• регулиране на опънатостта на ремъка

• парче по парче от всякакъв вид и т.н.

Капацитивните сензори за линейни и ъглови измествания са по-широко разпространени устройства, широко използвани в машиностроенето, транспорта, строителството и енергетиката, в различни измервателни комплекси.

Сравнително нови устройства са били доведени до широк промишлено приложение през последните години, станали компактни капацитивни инклинометри с пропорционална електронен изходния сигнал на ъгъла на наклона на сензора .. Тъй като основната сфера може да се предположи следната изпълнението инклинометри: въвеждане на рампи системи, определяне на деформация и деформация на различни вид на стълбове и греди, ъгли на наклон за контрол на автомобили и жп линии в тяхната конструкция, поддръжка и експлоатация на, определена наклона на автомобила, Кораб леи и подводни роботи, асансьори и кранове, багери, селскостопански машини, определящи ъгловото изместване на въртящи се на различни видове обекти - дървета, колела, зъбни колела устройства двете стационарни и движещи се обекти.

Капацитивните сензори за ниво се използват в системите за контрол, регулиране и управление на производствените процеси в хранително-вкусовата, химическата, химическата и нефтопреработвателната промишленост. Те са ефективни при работа с течности, насипни материали, пулп, вискозни вещества (проводими и непроводими), както и при условия на образуване на кондензат, прах.

Капацитивните сензори се използват в различни отрасли на промишлеността за измерване на абсолютната и излишното налягане, дебелината на диелектрични материали, влажност и щам, ъглово и линейно ускорение, и др.

Предимства на капацитивните датчици в сравнение със сензори от други типове

Капацитивните сензори имат редица предимства в сравнение с други видове сензори. Към техните плюсове са:

• опростеност на производството, въвеждане на евтини материали за производство - малки размери и тегло - ниска консумация на енергия - най-висока чувствителност -

• липса на контакти (в някои случаи - един колектор на ток) -

• 
  
  
  

  дълъг експлоатационен живот,

• необходимостта от много малко усилия за преместване на подвижната част на капацитивния сензор-

• простота на адаптиране на формата на сензора към различни задачи и конструкции -

Недостатъци на капацитивните сензори

Недостатъците на капацитивните сензори включват:

• относително малък предавателен фактор (преобразуване) -

• Най-високите изисквания за подробности за скрининга -

• необходимостта да се работи с надценен (в сравнение с 50 Hz)

Но почти винаги е възможно да се постигне достатъчно скрининг поради дизайна на датчика и практиката показва, че капацитивните сензори произвеждат отлични резултати при широко разпространена честота от 400 Hz. Ефектът на ръба, присъщ на кондензаторите, става значителен само когато разстоянието между плочите е сравнимо с линейните размери на въпросните повърхности. Този ефект може да се отстрани до известна степен, като се използва защитен пръстен, който позволява тя да се извършва извън границата на повърхността на плочите, които в действителност се използват при измерването.

Капацитивните сензори са забележителни за тяхната собствена простота, което прави възможно създаването на силни и надеждни структури. Характеристиките на кондензатора зависят само от геометричните характеристики и не зависят от параметрите на използваните материали, ако тези материали са правилно подбрани. Както може да се види, че е възможно да се направят незначителни въздействието на температура от конфигурацията на повърхността и разстоянието между електродите, избор истински метален печат и изолационни плочи за закрепването им. Остава само да се предпази сензор от тези екологични причини, които могат да изострят изолацията между плочите, от прах, корозия, влажност, йонизиращо лъчение.

Ценни свойства на капацитивни сензори - малко количество механична сила, необходима да го преместите в подвижната част, възможност за регулиране на системата серво и изхода най-висока точност - капацитивни сензори правят незаменим в приложения, в които само грешка допускат стотни и хилядни дори разкъсва на сто.

Видове капацитивни датчици и техните конструктивни характеристики

Обикновено капацитивният сензор е тънък или цилиндричен кондензатор, чиято плоча преминава под контролирано движение, което води до промяна в капацитета. Пренебрегвайки ефекта на ръба, можем да изразим капацитета за плосък кондензатор по следния начин:

където ε е относителната проницаемост на средата, затворена между плочите, S и d са повърхностната площ на разглежданите пластини и съответно разстоянието между тях.

Капацитивните датчици могат да се използват за измерване на различни стойности по три фронта, в зависимост от мултифункционалната връзка на измереното неелектрическо количество със следните параметри:

• променлива проницаемост ε-

• областта на припокриване на плочите S;

• различно разстояние между плочите d.

В първия случай могат да се използват капацитивни датчици за анализ на състава на дадено вещество, тъй като диелектричната константа е функция на параметрите на веществото. В този случай естествената стойност на входа на преобразувателя ще бъде състава на веществото, запълващо мястото между плочите. Особено широко капацитивни преобразуватели от този тип се използват за измерване на влажността на твърдите и водни тела, нивото на водата, както и определяне на геометричните размери на малките обекти. Почти винаги практическото използване на капацитивни датчици е тяхната естествена стойност на вход е геометричното изместване на електродите един спрямо друг. Въз основа на този принцип конструирана сензори на линейни и ъглови премествания, измерване на сила устройства, вибрации, скорост и ускорение, сензори за близост, налягане и деформация (extensometers).

Систематизация на капацитивни сензори

Чрез метода на изпълнение всички капацитивни измервателни преобразуватели могат да бъдат разделени на еднокапацитни и двуклетъчни сензори. Последните са диференциални и полудиференциални.

Едноклетъчният датчик е прост дизайн и е един кондензатор с променлив капацитет. Неговите недостатъци включват значително въздействие от външни причини, като влажност и температура. За компенсиране на тези грешки се използват диференциални конструкции. Недостатък на такива сензори в сравнение с еднокапацитните сензори е необходимостта от най-малко 3 (вместо 2) екранирани свързващи проводници между сензора и измервателното устройство за потискане на така наречените паразитни капацитети. Този недостатък обаче се дължи на значително увеличение на точността, стабилността и разширяването на обхвата на въвеждането на такива устройства.

В някои случаи, диференциалният капацитивен датчик се оказва проблематичен по отношение на конструктивните съображения (по-специално това се отнася за диференциални сензори с променлива хлабина). Но ако и когато всички на това примерно кондензатор разположен в един корпус с работници изпълняват своите способности, подобни по структура, размер, използваните материали, ще се предоставя по същество най-ниската чувствителност на цялото устройство за външни влияния дестабилизиращи. В такива случаи може да се говори за полудиференциален капацитивен датчик, който, подобно на диференциалния, се отнася до двукапацитни сензори.

Специфика dvuhemkostnyh изход параметри сензори, които се представят като безразмерния съотношението на 2-измерни физични величини (в нашия случай - на контейнери), дава основание да се обадите сензори случай. Когато се използват сензори с два сензора, измервателното устройство като цяло не може да съдържа примерни измервания на капацитета, което допринася за увеличаване на точността на измерването.

Линейни сензори за движение

Неелектните количества, които трябва да бъдат измерени и контролирани, са многобройни и разнообразни. Значителна част от тях са линейни и ъглови премествания. Въз основа на кондензатора, в който електронното поле в работната междина е умерено, могат да бъдат направени проекти на капацитивни сензори за преместване на два основни типа:

• с променлива площ от електроди -

• с променлива междина между електродите.

Съвсем естествено, че първото е по-удобно за измерване на изместване на огромни (звена, 10s и стотици мм), а вторият - за измерване на ниски и свръхниски изместване (разкъсва мм, микрометра и по-малко).

Ъглови сензори за изместване

Капацитивните Датчици за ъглови движения подобни по принцип действат капацитивен линеен енкодер, където сензорът с променлива зона е по-подходящо в случай на много малки диапазони измерване (започващи степен единици) и сензорът за капацитивен с променлив ъгъл клирънс може успешно да се използват за измерване малки и свръх-малки ъглови премествания. Обикновено ъгловите премествания се използват от многосекционни преобразуватели с променлива площ на кондензаторните пластини.

В такива сензори един от кондензаторните електроди е прикрепен към вала на обекта и когато се върти, той се придвижва спрямо стационарния, променяйки областта на припокриване на кондензаторните плочи. Това от своя страна води до промяна в капацитета, който се фиксира от измервателната верига.

инклинометри

Инклинометърът (сензор за накланяне) е диференциален капацитивен датчик на наклон, който включва сензорен елемент под формата на капсула.

Устройството на капацитивен инклинометър

Капсулата се състои от субстрат с две плоски електроди 1 покрити с изолиращ слой, и херметично закрепена към корпуса на подложката 2. вътрешен орган кухина частично запълнена с провеждане на течност 3, която е обща електрод на сензорния елемент. Общият електрод формира диференциален кондензатор с планарни електроди. сензор изходния сигнал е пропорционална на диференциално капацитет, който е линейно в зависимост от позицията на корпуса във вертикална равнина.

Наклона проектирана така, че изходния сигнал е с линейна зависимост от ъгъла на наклон в една - т.нар работа самолет и на практика да се промени показания на другата (зад гърба) равнина, всичко това на сигнала е слабо в зависимост от конфигурацията на температурата. За да се определи положението на равнината в пространството, се използват два инклинометъра, разположени под ъгъл от 90 °.

Компактните наклони с електронен сигнал, пропорционален изход на ъгъла на наклон на сензора са сравнително нови устройства. Тяхната най-висока точност, малка площ, липса на движещи се механични части, лекота на монтаж на обект и ниската цена го правят подходящ да ги използват не само като сензор за наклон, и да ги замени ъглови сензори не е само в покой, но също така и на мобилни устройства обекти.

Капацитивни датчици за нивото на водата

Капацитив преобразувател за измерване нивото на непроводима вода е двойка паралелни кондензатори

Сензори за налягане

Един от основните проекти на капацитивен преобразувател на налягането е един статор, който се използва за измерване на абсолютен натиск.

Този сензор се състои от желязна клетка, счупена на две части от плътно опъната плоска метална мембрана, от едната страна на която е поставен неподвижен електрод, изолиран от корпуса. Електродът с диафрагма образува променлив капацитет, който е включен в измервателната верига. Когато налягането от двете страни на диафрагмата е една и съща, сензорът е балансиран. Промяната на налягането в една от камерите деформира диафрагмата и променя капацитета, който се фиксира от измервателната верига.

В dvuhstatornoy (диференциална) се премества между диафрагмата структура 2 неподвижни вложки в една от камерите 2-доставени позоваване налягане, което осигурява директно измерване на разлика (разлика или излишък) на налягане с по-малка грешка.