Capacitieve sensor: Inrichting en werking. Capacitieve sensoren applicatie

Moderne industrie, en alledaagse menselijke menselijke activiteiten, ook, het is onmogelijk voor te stellen zonder allerlei elektronische apparaten. Ze helpen ons in alle opzichten, en sommige productie-activiteiten uit te voeren niet slagen zonder hen. Om die "helpers" moet ook een capacitieve sensor.

Zogenaamde converters gemaakt door parametrische type. Meten van een volume dergelijke inrichtingen wordt uitgevoerd door middel van variaties van de capaciteit bij het veranderen van enkele belangrijke parameters. Simpel gezegd, de geschatte verandering in capaciteit onder de invloed van een aantal externe factoren.

Het werkingsprincipe van de capacitieve sensor

Dat is wat de capacitieve sensoren. Het werkingsprincipe ze zijn niet zo moeilijk, maar om het te begrijpen wat je nodig hebt om iets te weten. Allereerst herinneren we het principe van het bepalen van de capaciteit van de condensator. Deze actie wordt uitgedrukt door de volgende formule:

C = εεₒS / δ.

Deze uitdrukking wordt bij velen bekend van de school natuurkunde natuurlijk, maar het zou geen kwaad om je geheugen en herinnering, die elk van de variabelen betekent vernieuwen:

• S - gebied van de condensatorplaten.
• E - relatieve diëlektrische constante van het gebruikte diëlektrische materiaal in condensatorontwerp.
• εₒ - zoals in de natuurkunde permittiviteit van de vrije ruimte geven.
• δ - zodat het kan worden aangewezen of de dikte van de diëlektrische plaat of de afstand tussen de verschillende materiaallagen.

Dus uit de bovenstaande formule dat de capaciteit gemakkelijk veranderen. Volstaat andere manier werken op het gebied van de plaat van diëlektrisch materiaal, een afstand tussen de platen of rechtstreeks bij de permeabiliteit bij de vervaardiging van het materiaal. Bijgevolg is de selectie van bijzondere waarde hangt uitsluitend op de lijst van taken die het apparaat ontwerpers hebt ingesteld.

Zo kunnen we zelfs een capacitieve sensor met de handen, als constructief oogpunt is - de gebruikelijke vlakke of cilindrische condensator, een plaat waarvan voortdurend ervaart een gecontroleerde beweging in de ruimte, wat leidt tot een verandering in capaciteit. Men mag niet vergeten dat de bovenstaande formule is alleen geldig als u volledig verwaarlozen randeffecten. We zullen meer hierover in het laatste deel van dit artikel praten.

Men moet weten dat dergelijke elektronische apparaten veelvuldig worden gebruikt voor het meten van hoek- en lineaire verplaatsingen van objecten, berekening van het aantal, de toegepaste werk, vochtigheid, concentraties van werkzame stof en andere kenmerken. Wat de structurele aspecten van de vraag, zei balen planparallelle gemaakt in cilindrische behuizingen met pinelektrodes, met een bekleding van een diëlektrisch materiaal, en zelfs zonder.

Hier ziet u hoe capacitieve sensoren werken. Het principe van de werking van een aantal van hen moet weten in detail. In dit artikel geven we een aantal formules die nuttig kan zijn voor u.

Formule voor het werkingsprincipe van bepaalde sensors beschrijven

Niveausensor met mogelijke variatie van de vierkante diëlectrische platen kunnen vrij gemakkelijk worden beschreven met de volgende formule:

C = εεₒaH / δ.

Met "X" in dit geval verwijst naar de lengte van de overlap van elektroden gebruikt. Dienovereenkomstig, "a" de breedte van de platen van de condensator. Opgemerkt wordt dat dergelijke inrichtingen op verschillende gebieden van de industrie, waar ze worden gebruikt voor nauwkeurige meting van hoekwaarden toegepast. capaciteit van de transducer in een dergelijk geval wordt gevonden door de volgende uitdrukking:

C = εεₒ (r₂- rl) / 2δ * (φₒ-φ).

Om de gevoeligheid nauwkeurig te meten, moet een iets andere formule gebruikt:

K = εεₒ (r₂- rl) / 2δ.

Laten we eens zien wat er bedoeld wordt met die variabelen die deel uitmaken van deze vergelijkingen:

• r₁ - binnenstraal van de condensatorplaten;
• r₂ - buitenstraal van dezelfde plaat;
• φ - gemeten momenteel (werkelijke) waarde van de overlappingshoek;
• φₒ - de beginwaarde van de overlappingshoek.

Tenslotte leggen we de wiskundige uitdrukking die het werkingsprincipe van de capacitieve meter met instelbare luchtspleet beschreven:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Voorspelbaar, een primaire speling δₒ duidelijk de letter X hetzelfde hoeveelheid verplaatsing van de plaat. Let op! Aangezien statische eigenschappen niet strikt lineair, meestal de niveausensor van het type dat zeer kleine verplaatsingen, in ieder geval binnen de hoeveelheid 0,1δₒ meten. Uiteraard zijn deze apparaten zeer gevraagd in precisie-engineering, waar zelfs kleine fouten heel ernstige problemen kan veroorzaken.

Waar kunnen ze worden gebruikt?

Mogelijke gebieden van toepassing zijn zeer divers. Dus in vrijwel alle sectoren kan de werking, waarover deze inrichtingen voldoen. Ze worden gebruikt voor het vullen van de verschillende tanks besturen, en de inhoud kan vloeibaar, gasvormig of deeltjes (gassensor) zijn.

De prevalentie van industriële en normale menselijke industriële activiteit hoger is, betrouwbaarder en eenvoudiger om dergelijke apparaten te ontwerpen. Uit de combinatie van deze symptomen, ze zijn zo goed dat ze kunnen worden gebruikt, zelfs in uiterst agressieve omstandigheden houdt olietankers.

Verder kan de capacitieve sensor als een eindaanslag in de transportleiding of machinebouw winkel. Het is noodzakelijk en voor de meest nauwkeurige positionering van verschillende mechanismen.

naderingsschakelaars

Maar nu in de grote vraag nabijheid sensoren, die zijn gemaakt van precies hetzelfde principe. Het bereik van het gebruik ervan is nog breder. Dit is te wijten aan de stuiver kosten apparaten die kunnen werken in vrijwel alle takken van industrie. Echter, er zijn typische sector waar dit soort apparatuur het meest populair zijn:

• Controle van de met vloeistof gevulde transparante houders uit kunststof of glas.
• Een soortgelijke functie wordt verricht bij de bereiding van voedingsmiddelen (waaronder kinderen), waarbij het eindproduct wordt verpakt in houders vervaardigd van doorzichtig materiaal. Volgens hetzelfde beginsel gebaseerd en het werk van de baal als capacitieve brandstofsensor.
• Voor het bewaken van gevaarlijke gebieden waar mogelijk gebroken wikkeldraad.
• Toezicht zoals plaatsen waar de drager transportband kunnen worden beschadigd.
• Afzonderlijk regelen van het type geproduceerde producten (omschakeling van blikjes, flessen, verpakking).

Niet verrassend, deze elektronische apparaten zijn de meest voorkomende in de precisie-engineering, energieopwekking en vele andere industrieën verscheidenheid aan sensoren.

inclinometers

Apparaten die alleen in relatief recente jaren gangbaar geworden zijn kleine capacitieve hoekmeter verschaffen transmissie elektrisch uitgangssignaal waarvan de grootte recht evenredig met de hoeksensor toegepast.

De meest voorkomende belangrijkste toepassingsgebied van deze apparaten: platform uitrichtsysteem, bepaling van de doorbuiging en vervorming van diverse soorten technische draagbalken, alsmede nauwkeurige controle over de weg, spoorbaan afwijking in het stadium van de bouw.

Bovendien, het gebruik van dergelijke inrichtingen bepaalt de rol van zware vrachtwagens en andere voertuigen, liften en industriële graafmachines en bepalen de mate van hoekverdraaiing voor landbouw- en industriële machines bijzonder groot.

Heel belangrijk capacitieve brandstofniveau sensoren in de olie-industrie. Ze worden gebruikt, zelfs in de supertankers die met de uitvoering in een reis tientallen en honderden duizenden tonnen geraffineerde olieproducten. Deze inrichtingen zijn zeer effectief, zelfs in zeer overvloedige vorming van condensaat en een hoge stof productiegebied (hetzelfde gassensor).

Ze vinden hun toepassing bij de meetwaarden van de absolute en relatieve drukniveaus en de dikte van het diëlektrische materiaal, wat zeer belangrijk is in bijna alle industrieën waar werkelijk krachtige condensatoren worden gebruikt.

De belangrijkste voordelen van capacitieve sensoren

Opgemerkt wordt dat de capacitieve sensor heeft vele voordelen ten opzichte van soortgelijke inrichtingen die zijn gevormd op enigszins andere principes. Laten we een lijst van de belangrijkste voordelen van deze kip:

• In de productie, ze zijn zeer eenvoudig. Bovendien kunnen de meest eenvoudige en goedkope materialen worden gebruikt in hun productie. Zelfs capacitieve brandstofniveau sensoren die worden gebruikt in de aardolie-industrie belangrijke objecten hebben extreem bescheiden omvang hebben het laagst mogelijke niveau van het verbruik van elektrische energie. Met al deze kenmerken, verschillen ze uitstekend niveau van gevoeligheid, die vaak onbereikbaar voor de duurdere apparaten.
• In principe kan het een capacitieve sensor met je handen, met behulp van als basis meer of minder betrouwbare en kwalitatief hoogwaardige industriële condensator.
• De contacten hebben ze (zeer zelden gebruik gemaakt van een stroomafnemer), dat is zeer gunstig voor het werk in omstandigheden van hoge stof en vocht.
• extreem lange levensduur, het apparaat erin slaagt om "heroveren" hun lage kosten. Dienovereenkomstig is de capacitieve sensor (waarvan de prijs in het gebied 1200-1700 roebel) is zeer rendabel verwerven.
• Voor het bewegen van het beweegbare deel van de inrichting is vereist verrassend weinig inspanning.
• Het apparaat is zeer makkelijk te combineren met bijna alle categorieën van apparatuur die wordt gebruikt in industriële activiteiten.

negatieve aspecten

Helaas, elke capacitieve sensor heeft bepaalde nadelen, die tot op zekere hoogte het wijdverbreide gebruik van deze apparatuur bemoeilijken. We zetten ze in meer detail:

• conversiefactor (d.w.z. transmissie) is relatief laag.
• Klein formaat en eenvoud van het ontwerp dragen bij aan het feit dat de genomineerde vrij hoge eisen aan de kwaliteit van de screening apparaten.
• Goede capacitieve niveausensor (en soortgelijke meetinstrumenten) kan alleen effectief bij een frequentie veel hoger dan de standaardwaarde van 50 Hz werkt.

belangrijke mededelingen

Echter, alles is niet zo slecht. Veel fabrikanten proberen uitstekende afscherming van de sensors door het maken van kleine veranderingen in hun structuur. Wat betreft de gebruiksfrequentie In de praktijk vertonen zij uitstekende resultaten op grote schaal industriële waarde van 400 Hz.

We hebben al gesproken over loyaliteit aan de basisformule alleen als de rand effect te negeren. Maar het is nuttig om te weten dat het echt kan een negatief effect hebben alleen in het geval dat de afstand tussen de diëlektrische platen is vergelijkbaar met hun eigen grootte. Bovendien kan het negatieve effect grotendeels neutraliseren eenvoudig met behulp van de afdekring. In dit geval kan de impact van de grens effecten niet goed over te dragen dan de gebruikte platen.

Nogmaals, we vast dat dezelfde druksensoren worden gekenmerkt door een opmerkelijke eenvoud waarmee u een prachtig stabiele, duurzame en goedkope constructie te creëren. Als u kiest voor de juiste geometrische afmetingen gebruikt diëlektricum wordt gebruikt bij de productie van een dergelijke condensator materialen kunnen niet bijzonder ongerust.

Dus correct opnemen van de metalen stempel voor de vervaardiging van de sensorbehuizing is praktisch verwaarloosbaar ook sterke temperatuurwisselingen die kunnen leiden tot een verandering in capaciteit van het apparaat en de gebrekkige meetwaarden. Natuurlijk betekent dit niet overbodig grondig geïsoleerde druksensoren en andere dergelijke indicatoren van agressieve milieufactoren voeren. Ondanks hun eenvoud, kan een hoge luchtvochtigheid en verhoogde straling een negatieve invloed op de betrouwbaarheid van de inrichting.

indeling sensoren

Gebruikt in industriële processen voor de productie ervan kunt u alle soorten sensoren geproduceerd in twee grote groepen te delen: odnoemkostnye en dvuhemkostnye. Laatstgenoemde bestaat uit differentiële en poludifferentsialnye. Laten we eens kijken ze in meer detail.

Odnoemkostny apparaat. In dit geval wordt de capacitieve sensor circuit uiterst eenvoudig, aangezien het grootste deel is het meest voorkomende condensator met variabele capaciteit. Helaas, zelfs een licht verhoogde vochtigheid en temperatuur hebben op de nauwkeurigheid van indicaties zeer tastbaar effect. Hierdoor zijn er verschillende sensoren vaak defect. De omvang van dergelijke fouten te neutraliseren, is het noodzakelijk om gedifferentieerde structuur te gebruiken.

Dvuhemkostny sensor. Eigenlijk is het net zo'n gedifferentieerde structuur. Vaak is het mogelijk om te voldoen aan de capacitieve niveau sensor wordt vervaardigd door een dergelijke regeling. Deze apparaten worden geleverd van de belangrijkste nadelen van het vorige model, maar hebben hun eigen zwakheden. Het belangrijkste nadeel is de noodzaak om twee of drie afgeschermde draden gebruiken tussen de inrichting zelf en het oppervlak, omdat alleen op deze wijze de zogenoemde parasitaire capaciteit kan onderdrukken.

Echter, een tamelijk verfijnd stelsel van capacitieve sensoren in dit geval is het gemakkelijk om te negeren, want in ruil daarvoor een uiterst nauwkeurige en gevoelige apparaat te krijgen.

construeren van sensoren Specificiteit

In vele gevallen (uit het oogpunt van ontwerp) het creëren van dergelijke inrichtingen problematisch. Dit is vooral het geval wanneer u een sensor met verschillende niveaus van de capaciteit te creëren. De ervaring leert echter dat veel van de problemen bijna volledig nauwkeurige kalibratie en hoogwaardige materialen die worden gebruikt bij de productie worden opgelost. Meestal deze moeilijkheden van producenten dvuhemkostnyh sensoren.

In het algemeen is de specificiteit van dergelijke meetinrichtingen is dat ze kunnen worden voorgesteld als een dimensieloze verhouding van twee fysische grootheden (containers) die een nauwkeurige fysieke expressie en betekenis. Zodat ze veilig kunnen worden genoemd "peilt naar de relatie." Het voordeel van deze apparaten (ze groot pluspunt!) Is dat ze over het algemeen niet in zijn ontwerp een aantal standaard maatregelen die koelen verhoogt de betrouwbaarheid in zeer extreme situaties en omstandigheden.

Karakterisering van lineaire encoders

Alle niet-elektrische waarden, wat vaak vereist te regelen in een industriële omgeving is zeer divers en veelzijdig. Een belangrijk deel van de maatregelen die onder strikte controles, te hoekig en lineaire bewegingen ook verschillende vlakken in de ruimte. Als een condensator die geheel uniform elektrisch veld in de spleet gebruikt, is het niet zo moeilijk om elektronische sensoren twee van de volgende soorten maken:

• In welke gedeelten van de elektroden varieert.
• Degenen die een variabele spleet tussen de elektroden.

Het is gemakkelijk te begrijpen dat het eerste type het meest geschikt is voor het bevestigen van de echt grote beweging, tijdens het gebruik van de tweede soort kan zelfs enige beweging van het lichaam in de ruimte worden opgemerkt, waarvan de waarde gelijk is aan slechts een paar micron!

Sensoren voor de hoekverdraaiing

In het algemeen, door het ontwerp en het doel, die bijna volledig identiek aan het voorgaande contacttype. Gelijkenis komt tot uiting in het feit dat de sensoren elektroden van een variabel gebied moet worden gebruikt voor grotere afmetingen en met een variabele afstand tussen de elektroden zelf - klein. Typisch worden dergelijke inrichtingen vervaardigd meerdere gedeeltes, met de mogelijkheid om de oppervlakte van de condensatorplaten.

Hiervoor een eerste elektrode bevestigd aan de beweegbare as roterend waarin zij verandert ten opzichte van de tweede verandering gebied dat de overlapping van de diëlectrische platen van de condensator verschaft. Natuurlijk, als het opgenomen een verandering in capaciteit.

bevindingen

Dus hebben we gesproken over de basiskenmerken van het niveau van het instrument, geleerd over hun toepassingsgebieden, over het ontwerp kenmerken, het principe van actie en mogelijke technische oplossingen. Zoals je kunt begrijpen uit het artikel, is de prevalentie van capacitieve sensoren en hun extreem hoge populariteit gebaseerd op de zeer aantrekkelijke prijs van dergelijke apparaten en een lange levensduur, zelfs onder moeilijke omstandigheden.

Dit alles is mogelijk dankzij het feit dat, vanuit een constructief oogpunt, al deze meters zijn alleen standaard condensatoren, die worden gekenmerkt door een enigszins ongebruikelijke manier hun toepassing. U kunt echter en ontdek het zelf, opnieuw te kijken naar de wiskundige formules die in grote lijnen overeen met de principes kip werk.