Kapacitní senzor: přístroje a princip činnosti. Kapacitní senzory: aplikace

Moderní průmysl a každodenní lidské lidské činnosti, i to je nemožné si představit, aniž by všechny druhy elektronických zařízení. Pomáhají nám v každém směru, a některé výrobní operace provádět neuspěje bez nich. K těm „pomocníků“ by měl zahrnovat také kapacitní snímače.

Tzv převodníky provedené parametrického typu. Měření a takové zařízení objemu se provádí pomocí variací kapacity při změně některých důležitých parametrů. Jednoduše řečeno, předpokládané změny v kapacitě pod vlivem některých vnějších faktorů.

Princip fungování kapacitního snímače

To je to, co kapacitní snímače. Princip fungování nejsou tak těžké, ale to pochopit, co potřebujete vědět něco. Pro začátek si připomeneme princip stanovení kapacity kondenzátoru. Tato akce je vyjádřeno následujícím vzorcem:

C = εεₒS / δ.

Tento výraz je známo, že mnoho z kurzu fyziky, ale to by nebylo na škodu osvěžit paměť a odvolání, což znamená, že každá z proměnných:

• S - plocha deskami kondenzátoru.
• E - relativní permitivita dielektrického materiálu použitého kondenzátoru designu.
• εₒ - stejně jako ve fyzice naznačovat permitivity volného prostoru.
• δ - a tak mohou být označeny nebo tloušťka dielektrické desky, a vzdálenosti mezi několika vrstvami materiálu.

Tak, z výše uvedeného vzorce, že kapacitní snadno změnit. Postačí, když nějak působit na ploše desky z dielektrického materiálu, přičemž propustnost je vzdálenost mezi deskami nebo přímo použita při výrobě materiálu. V souladu s tím je výběr konkrétní hodnoty závisí pouze na seznamu úkolů, které vytvořily designéři zařízení.

Můžeme tedy dokonce kapacitní snímač s rukama, jako konstruktivní hlediska to je - obvyklé ploché nebo válcové kondenzátor, jeden talíř, který je neustále zažívá řízený pohyb v prostoru, což vede ke změně kapacity. Je třeba připomenout, že výše uvedený vzorec je platná pouze tehdy, pokud jsou zcela zanedbávají okrajové jevy. Budeme více o tom mluvit v závěrečné části tohoto článku.

Mělo by být známo, že takové elektronické přístroje se používají ve velké míře pro měření úhlových a lineárních posunutí objektů, výpočet velikosti, aplikovaný práci, vlhkost, koncentrace účinné látky a dalších charakteristik. S ohledem na strukturální aspekty v úvahu, pak uvedených balíků jsou planparalelní, ve válcových pouzdrech s kolíkovými elektrodami, s podšívkou z dielektrického materiálu, a to i bez ní.

Zde je návod, jak pracovat kapacitních snímačů. Princip fungování některých z nich je třeba znát velmi podrobně. V tomto článku jsme se dát nějaké vzorce, které mohou být užitečné pro vás.

Vzorec popsat princip činnosti některých typů senzorů

Snímač hladiny s možností variací náměstí dielektrické desky mohou být poměrně snadno popsat pomocí následující rovnice:

C = εεₒaH / δ.

Pod pojmem „X“ v tomto případě se týká délky překrytí elektrod používaných. V souladu s tím, „A“ značí šířku deskami kondenzátoru. Je třeba poznamenat, že tyto prostředky byly použity v různých oblastech průmyslu, kde se používají pro přesné měření úhlových hodnotách. Kapacita snímače v takovém případě se zjistí podle následující rovnice:

C = εεₒ (r₂- R ^) / 2δ * (φₒ-φ).

Aby bylo možné přesně měřit citlivost, měli byste použít trochu jiný vzorec:

K = εεₒ (r₂- R ^) / 2δ.

Podívejme se, co je míněno těmito proměnnými, které jsou součástí těchto rovnic:

• Ri - vnitřní poloměr kondenzátorových desek;
• Rz - vnější poloměr stejné destičce;
• φ - měří na (aktuální) hodnoty momentu úhlu překrytí;
• φₒ - počáteční hodnota úhlu překrytí.

Nakonec vysvětlíme matematický výraz, který popisuje princip činnosti kapacitního měřidla s nastavitelnou vzduchovou mezerou:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Jak se dalo očekávat, primární vůle δₒ zřejmé, písmeno X jsou stejné množství posunutí desky. Dávejte pozor! Vzhledem k tomu, statické charakteristiky nejsou přísně lineární, obvykle snímač hladiny, které se používají pro měření velmi malých posunutí, které nebude vyšší než množství 0,1δₒ. Samozřejmě, že tato zařízení jsou velmi žádané v oblasti přesného strojírenství, kde i malé chyby mohou způsobit docela vážné problémy.

Kde mohou být použity?

Oblasti možného uplatnění jsou velmi různorodé. Tak, prakticky ve všech odvětvích může splnit operace, které jsou kontrolovány pomocí těchto zařízení. Používají se pro řízení plnění různých nádrží, a jejich obsah může být kapalný, plynný nebo částic (snímač).

Prevalence průmyslové a normální lidské průmyslové činnosti je vyšší, spolehlivější a jednodušší navrhnout takové zařízení. Z kombinace těchto příznaků, které jsou tak dobré, že mohou být použity i ve velmi agresivních podmínkách drží ropné tankery.

Dále se kapacitní senzor může být použit jako koncový spínač na dopravní lince nebo strojní výrobní obchodě. Je to nezbytné a pro co nejpřesnější polohování různých mechanismů.

senzory přiblížení

Ale nyní velký zájem fotobuňkou, které jsou vyrobeny z naprosto stejného principu. Rozsah jejich použití je ještě širší. To je vzhledem k Penny náklady zařízení, které mohou pracovat v prakticky všechny typy průmyslu. Nicméně, tam jsou typické pro průmysl, kde zařízení tohoto typu jsou nejoblíbenější:

• Kontrola vyplněných tekutinou průhledných nádobách z plastu nebo skla.
• Podobnou funkci plní jimi při výrobě potravinářských produktů (včetně dětí), kde je hotový výrobek balené v nádobách z průhledných materiálů. Na stejném principu založený a práce balíku jako kapacitního senzoru paliva.
• Pro sledování nebezpečných oblastí, kde je to možné zlomené drátu vinutí.
• Ovládat podobných míst, kde by mohly být poškozeny nosič dopravníkový pás.
• Individuálně kontrolovat typ výrobků vyrobených (konverze plechovky, lahve, obaly).

Není divu, že tato elektronická zařízení jsou nejčastější u odrůdy přesného strojírenství, energetice a mnoho dalších průmyslových odvětví senzorů.

sklonoměry

Zařízení, které se staly převládající pouze v relativně nedávných letech jsou malé-velké kapacitní inklinometr poskytovat vysílací elektrický výstupní signál, jehož velikost je přímo úměrná snímače úhlu používá.

Nejběžnější hlavní oblast použití těchto zařízení: platforma uspořádání systému, stanovení deformací a deformace různých druhů technické nosníkům, jakož i přesné řízení silniční, železniční trať odchylky ve fázi jejich konstrukce.

Kromě toho, použití takovýchto zařízení určit roli těžkých nákladních automobilů a jiných vozidel, výtahů a průmyslových rypadla a zjistit stupeň úhlového posunutí pro zemědělské a průmyslové stroje zvláště velkých.

Velmi důležité kapacitní snímače hladiny paliva v ropném průmyslu. Jsou používány iv tankery, které nesou za jednu cestu desítky a stovky tisíc tun ropných produktů. Tato zařízení jsou velmi účinné i ve velmi hojné tvorbě kondenzátu a vysokou mírou produkce prachu oblasti (stejné senzoru plynu).

Uplatní se v hodnotách měření absolutní a relativní hladiny tlaku, jakož i tloušťku dielektrického materiálu, což je velmi důležité, téměř ve všech průmyslových odvětvích, kde se používají skutečně výkonné kondenzátory.

Hlavní výhody kapacitních senzorů

Je třeba poznamenat, že kapacitní senzor má mnoho výhod ve srovnání s podobnými zařízeními, které jsou vytvořeny na poněkud odlišných principech. Pojďme vyjmenovat hlavní výhody těchto Kip:

• Ve zpracovatelském průmyslu, jsou velmi jednoduché. Kromě toho nejvíce jednoduché a levné materiály mohou být použity při jejich výrobě. Dokonce senzory kapacitní úrovně palivo používané v ropném průmyslu významné objekty mají extrémně malá velikost mají nejnižší možnou úroveň spotřeby elektrické energie. Se všemi těmito vlastnostmi, které se liší vynikající úroveň citlivosti, která je často nedosažitelný pro dražší zařízení.
• V zásadě to může být kapacitní snímač s rukama nad hlavou, za použití své základně více nebo méně spolehlivé a vysoce kvalitní průmyslové kondenzátoru.
• Kontakty, které mají (velmi zřídka použit proudový kolektor), což je velmi prospěšné pro práci v podmínkách vysoké prachu a vlhkosti.
• extrémně dlouhá životnost, jednotka opakovaně podaří „vychytávat“ svou nízkou cenu. V souladu s tím Kapacitní snímač (cena, která se pohybuje v rozmezí 1200-1700 rublů) je extrémně ziskový akvizice.
• Pro pohybování pohyblivou část zařízení je zapotřebí, aby se překvapivě málo úsilí.
• Přístroj je velmi snadno kombinovat s téměř všech kategorií zařízení, které se používá pouze v průmyslových odvětvích.

negativní aspekty

Bohužel, každý kapacitní snímač má určité nevýhody, které do jisté míry komplikují rozšířené používání tohoto typu zařízení. Uvádíme je podrobněji:

• Konverzní faktor (tj., přenos) je relativně nízká.
• Malé rozměry a jednoduchost konstrukce přispívá k tomu, že jmenovaný poměrně vysoké nároky na kvalitu stínících zařízení.
• Dobrá Kapacitní snímač hladiny (a další podobné měřící přístroje) lze úspěšně provádět pouze při frekvenci mnohem vyšší než standardní hodnota 50 Hz.

důležitá upozornění

Nicméně, není všechno tak špatné. Mnoho výrobců se snaží vynikající stínící vlastnosti senzorů tím, že drobné změny v jejich struktuře. Co se týče četnosti použití, v praxi vykazují vynikající výsledky v širokém průmyslovém hodnotě 400 Hz.

Již jsme mluvili o loajalitě k základním vzorci pouze tehdy, pokud bude ignorovat okrajový efekt. Ale je užitečné vědět, že to může skutečně mít negativní dopad pouze v případě, že vzdálenost mezi dielektrickými deskami je srovnatelná s jejich vlastní velikosti. Kromě toho, negativní účinek může být do značné míry neutralizovat jednoduše pomocí ochranného kroužku. V tomto případě je dopad na hranicích efekty nelze dobře přenášet mimo používaných desek.

Opět lze konstatovat, že stejné tlakové senzory se vyznačují pozoruhodnou jednoduchost, která umožňuje vytvořit úžasně stabilní, odolné a s nízkými náklady strukturu. Zvolíte-li správné geometrické rozměry použité dielektrikum se používá při výrobě těchto materiálů kondenzátoru nemůže nijak zvlášť starosti.

Tak, správně vyzvednutí kovové razítko pro výrobu pouzdra snímače, je prakticky zanedbatelné ani silné kolísání teploty, které by mohly mít za následek změnu kapacity zařízení a jeho nedostatečné čtení. Samozřejmě, že to není nebylo nutné provádět důkladné izolované tlakové senzory a další podobné indikátory agresivních faktorů prostředí. I přes jejich jednoduchost, vysoká vlhkost a zvýšené hladiny záření může negativně ovlivnit spolehlivost zařízení.

klasifikace snímačů

Používá se v průmyslových procesech pro jejich výrobu vám umožní sdílet všechny typy senzorů vyrobených do dvou velkých skupin: odnoemkostnye a dvuhemkostnye. Druhý typ je rozdělen do diferenciálu a poludifferentsialnye. Uvažujme nich podrobněji.

Odnoemkostny zařízení. V tomto případě je kapacitní snímač obvod velmi jednoduchá, protože jejich hlavní části je nejběžnější kondenzátor s proměnnou kapacitou. Bohužel, dokonce i mírně vzrostla vlhkost a teplota mají na přesnost indikace velmi hmatatelný dopad. Z tohoto důvodu existují různé senzory často závadu. Neutralizovat velikost takových chyb, je nutné použít diferencované struktury.

Dvuhemkostny senzor. Ve skutečnosti je to jen taková diferencované struktury. To je často možné se setkat snímač kapacitní úroveň je vyráběn takového systému. Tyto přístroje jsou dodávány z hlavních nedostatků předchozího modelu, ale mají své vlastní slabiny. Nejvýznamnější nevýhodou je nutnost použít dva nebo tři stíněné vodiče mezi zařízením a povrchem, protože pouze tímto způsobem lze potlačit tzv parazitní kapacity.

Nicméně poměrně sofistikovaný systém kapacitních snímačů v tomto případě je snadné ignorovat, protože na oplátku dostanete velmi přesný a citlivý přístroj.

stavbě senzory Specifičnost

V mnoha případech (z hlediska designu) vytvoření takových zařízení je problematické. To platí zejména v případě, že chcete vytvořit snímač s proměnnými úrovněmi výkonu. Zkušenosti však ukazují, že mnoho problémů se řeší téměř zcela přesné kalibraci a vysoce výkonné materiály použité při výrobě. Nejčastěji se tyto problémy, kterým čelí výrobci dvuhemkostnyh senzory.

Obecně platí, že specifičnost tohoto typu měřicích zařízení je, že mohou být reprezentovány jako bezrozměrné poměr dvou fyzikálních veličin (kontejnery), které mají přesné fyzikální výraz a smysl. Tak, aby mohly být bezpečně nazývá „sonduje vztah.“ Výhodou těchto přístrojů (je obrovské plus!) Je to, že obecně nemohou mít ve svém návrhu některé standardní opatření, která ochlazují zvyšuje spolehlivost v opravdu extrémních situacích a podmínkách.

Charakterizace lineárních snímačů

Všechny non-elektrické hodnoty, které je často nutné pro řízení v průmyslovém prostředí, je velmi rozmanitá a mnohotvárná. Významná část opatření, která podléhají přísným kontrolám, aby hranaté a lineární pohyby i různé druhy povrchů v prostoru. Pokud použijete kondenzátor, který má absolutně jednotné elektrického pole v mezeře, není to tak těžké, aby se elektronická čidla dvě z následujících typů:

• Ve které oblasti elektrod je variabilní.
• Ti, kteří mají proměnlivou mezeru mezi elektrodami.

Je snadné pochopit, že první typ je nejvhodnější pro opravu opravdu velkých posunů, zatímco s pomocí druhého druhu lze pozorovat i takové pohyby těla v prostoru, jejichž velikost je jen několik mikronů!

Snímače úhlového posunutí

Obecně, podle konstrukce a účelu, jsou téměř úplně shodné s právě zvažovaným typem. Podobnost se projevuje tím, že senzory s proměnnou plochou elektrod by měly být také použity pro velké měření a s proměnnou vzdáleností mezi samotnými elektrodami pro malé. Zpravidla se taková zařízení vyrábějí s více polohami, s možností změny oblasti kondenzátorových desek.

K dosažení této skutečnosti je první elektroda připojena k pohyblivému hřídeli, jehož otáčení mění svou polohu vzhledem k druhé, což zajišťuje změnu překrývající se oblasti dielektrických desek v kondenzátoru. Přirozeně je současně změněna kapacitní změna.

Závěry

Tak jsme zkoumali základní charakteristiky zařízení této úrovně, dozvěděli jsme se o sférách jejich aplikace, charakteristikách návrhu, principu fungování a možných technických řešeních. Jak jste mohli pochopit z článku, převládání kapacitních senzorů a jejich extrémně vysoká popularita jsou založeny na velmi atraktivní ceně těchto zařízení a dlouhé životnosti iv náročných podmínkách prostředí.

To vše je možné vzhledem k tomu, že z konstrukčního hlediska jsou všechny tyto měřiče standardními kondenzátory, které se vyznačují poněkud neobvyklým způsobem jejich použití. Můžete to však zjistit tím, že se znovu podíváte na matematické vzorce, které obecně vyjadřují principy fungování přístrojové techniky.