Kapacitný snímač: zariadenie a princíp činnosti. Kapacitné snímače: aplikácia

Moderný priemysel a každodenné ľudskej ľudskej činnosti, aj to je nemožné si predstaviť, bez toho, aby všetky druhy elektronických zariadení. Pomáhajú nám v každom smere, a niektoré výrobné operácie vykonávať neuspeje bez nich. K tým "pomocníkov" by mal zahŕňať aj kapacitné snímače.

Tzv prevodníky vykonanej parametrického typu. Meranie a takéto zariadenie objemu sa vykonáva pomocou variácií kapacity pri zmene niektorých dôležitých parametrov. Jednoducho povedané, predpokladané zmeny v kapacite pod vplyvom niektorých vonkajších faktorov.

Princíp fungovania kapacitného snímača

To je to, čo kapacitné snímače. Princíp fungovania nie sú tak ťažké, ale to pochopiť, čo potrebujete vedieť niečo. Pre začiatok si pripomenieme princíp stanovenia kapacity kondenzátora. Táto akcia je vyjadrené nasledujúcim vzorcom:

C = εεₒS / δ.

Tento výraz je známe, že veľa z kurzu fyziky, ale to by nebolo na škodu osviežiť pamäť a odvolanie, čo znamená, že každá z premenných:

• S - plocha doskami kondenzátora.
• E - relatívna permitivita dielektrického materiálu použitého kondenzátora dizajnu.
• εₒ - rovnako ako vo fyzike naznačovať permitivity voľného priestoru.
• δ - a tak môžu byť označené alebo hrúbka dielektrickej dosky, a vzdialenosti medzi niekoľkými vrstvami materiálu.

Tak, z vyššie uvedeného vzorca, že kapacitné ľahko zmeniť. Postačí, keď nejako pôsobiť na ploche dosky z dielektrického materiálu, pričom priepustnosť je vzdialenosť medzi doskami alebo priamo použitá pri výrobe materiálu. V súlade s tým je výber konkrétnej hodnoty závisí iba na zozname úloh, ktoré vytvorili dizajnéri zariadení.

Môžeme teda dokonca kapacitný snímač s rukami, ako konštruktívny hľadiska to je - obvyklé ploché alebo valcové kondenzátor, jeden tanier, ktorý je neustále zažíva riadený pohyb v priestore, čo vedie k zmene kapacity. Je potrebné pripomenúť, že vyššie uvedený vzorec je platná iba vtedy, ak sú úplne zanedbávajú okrajové javy. Budeme viac o tom hovoriť v záverečnej časti tohto článku.

Malo by byť známe, že takéto elektronické prístroje sa používajú vo veľkej miere pre meranie uhlových a lineárnych posunutie objektov, výpočet veľkosti, aplikovaný prácu, vlhkosť, koncentrácia účinnej látky a ďalších charakteristík. S ohľadom na štrukturálne aspekty do úvahy, potom uvedených balíkov sú planparalelní, vo valcových puzdrách s kolíkovými elektródami, s podšívkou z dielektrického materiálu, a to aj bez nej.

Tu je návod, ako pracovať kapacitných snímačov. Princíp fungovania niektorých z nich je potrebné poznať veľmi podrobne. V tomto článku sme sa dať nejaké vzorce, ktoré môžu byť užitočné pre vás.

Vzorec popísať princíp činnosti niektorých typov senzorov

Snímač hladiny s možnosťou variácií námestí dielektrickej dosky môžu byť pomerne ľahko opísať pomocou nasledujúcej rovnice:

C = εεₒaH / δ.

Pod pojmom "X" v tomto prípade sa týka dĺžky prekrytie elektród používaných. V súlade s tým, "A" značí šírku doskami kondenzátora. Je potrebné poznamenať, že tieto prostriedky boli použité v rôznych oblastiach priemyslu, kde sa používajú na presné meranie uhlových hodnotách. Kapacita snímače v takom prípade sa zistí podľa nasledujúcej rovnice:

C = εεₒ (r₂- R ^) / 2δ * (φₒ-φ).

Aby bolo možné presne merať citlivosť, mali by ste použiť trochu iný vzorec:

K = εεₒ (r₂- R ^) / 2δ.

Pozrime sa, čo sa myslí týmito premennými, ktoré sú súčasťou týchto rovníc:

• Ri - vnútorný polomer kondenzátorových dosiek;
• Rz - vonkajší polomer rovnaké doštičke;
• φ - meria na (aktuálne) hodnoty momentu uhla prekrytie;
• φₒ - počiatočná hodnota uhla prekrytie.

Nakoniec vysvetlíme matematický výraz, ktorý opisuje princíp činnosti kapacitného meradla s nastaviteľnou vzduchovou medzerou:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Ako sa dalo očakávať, primárne vôľa δₒ zrejmé, písmeno X sú rovnaké množstvo posunutie dosky. Dávajte pozor! Vzhľadom k tomu, statické charakteristiky nie sú prísne lineárny, zvyčajne snímač hladiny, ktoré sa používajú na meranie veľmi malých posunutie, ktoré nebude vyššie ako množstvo 0,1δₒ. Samozrejme, že tieto zariadenia sú veľmi žiadané v oblasti presného strojárstva, kde aj malé chyby môžu spôsobiť docela vážne problémy.

Kde môžu byť použité?

Oblasti možného uplatnenia sú veľmi rôznorodé. Tak, prakticky vo všetkých odvetviach môže splniť operácie, ktoré sú kontrolované pomocou týchto zariadení. Používajú sa pre riadenie plnenie rôznych nádrží, a ich obsah môže byť kvapalný, plynný alebo častíc (snímač).

Prevalencia priemyselné a normálnej ľudskej priemyselnej činnosti je vyššia, spoľahlivejšie a jednoduchšie navrhnúť takéto zariadenie. Z kombinácie týchto príznakov, ktoré sú tak dobré, že môžu byť použité aj vo veľmi agresívnych podmienkach drží ropné tankery.

Ďalej sa kapacitný senzor môže byť použitý ako koncový spínač na dopravné linke alebo strojové výrobné obchode. Je to nevyhnutné a pre čo najpresnejšie polohovanie rôznych mechanizmov.

senzory priblíženia

Ale teraz veľký záujem fotobunkou, ktoré sú vyrobené z úplne rovnakého princípu. Rozsah ich použitia je ešte širšie. To je vzhľadom k Penny náklady zariadení, ktoré môžu pracovať v prakticky všetky typy priemyslu. Avšak, tam sú typické pre priemysel, kde zariadenie tohto typu sú najobľúbenejšie:

• Kontrola vyplnených tekutinou priehľadných nádobách z plastu alebo skla.
• Podobnú funkciu plní nimi pri výrobe potravinárskych produktov (vrátane detí), kde je hotový výrobok balenej z priehľadných materiálov. Na rovnakom princípe založený a práce balíka ako kapacitného senzora paliva.
• Pre sledovanie nebezpečných oblastí, kde je to možné zlomené drôtu vinutia.
• Ovládať podobných miest, kde by mohli byť poškodené nosič dopravníkový pás.
• Individuálne kontrolovať typ výrobkov vyrobených (konverzia plechovky, fľaše, obaly).

Niet divu, že tieto elektronické zariadenia sú najčastejšie u odrody presného strojárstva, energetike a mnoho ďalších priemyselných odvetví senzorov.

sklonomery

Zariadenie, ktoré sa stali prevláda iba v relatívne nedávnych rokoch sú malé-veľké kapacitné inklinometrom poskytovať vysielací elektrický výstupný signál, ktorého veľkosť je priamo úmerná snímača uhla používa.

Najbežnejšie hlavná oblasť použitia týchto zariadení: platforma usporiadanie systému, stanovenie deformácií a deformácie rôznych druhov technickej nosníkom, ako aj presné riadenie cestnej, železničná trať odchýlky vo fáze ich konštrukcie.

Okrem toho, použitie takýchto zariadení určiť úlohu ťažkých nákladných automobilov a iných vozidiel, výťahov a priemyselných rýpadlá a zistiť stupeň uhlového posunutia pre poľnohospodárske a priemyselné stroje zvlášť veľkých.

Veľmi dôležité kapacitné snímače hladiny paliva v ropnom priemysle. Sú používané aj v tankery, ktoré nesú za jednu cestu desiatky a stovky tisíc ton ropných produktov. Tieto zariadenia sú veľmi účinné aj vo veľmi hojné tvorbe kondenzátu a vysokou mierou produkcie prachu oblasti (rovnaké senzora plynu).

Uplatní sa v hodnotách meranie absolútnej a relatívnej hladiny tlaku, ako aj hrúbku dielektrického materiálu, čo je veľmi dôležité, takmer vo všetkých priemyselných odvetviach, kde sa používajú skutočne výkonné kondenzátory.

Hlavné výhody kapacitných senzorov

Je potrebné poznamenať, že kapacitný senzor má mnoho výhod v porovnaní s podobnými zariadeniami, ktoré sú vytvorené na trochu odlišných princípoch. Poďme vymenovať hlavné výhody týchto Kip:

• V spracovateľskom priemysle, sú veľmi jednoduché. Okrem toho najviac jednoduché a lacné materiály môžu byť použité pri ich výrobe. Dokonca senzory kapacitné úrovne palivo používané v ropnom priemysle významné objekty majú extrémne malá veľkosť majú najnižšiu možnú úroveň spotreby elektrickej energie. So všetkými týmito vlastnosťami, ktoré sa líšia vynikajúcu úroveň citlivosti, ktorá je často nedosiahnuteľný pre drahšie zariadenia.
• V zásade to môže byť kapacitný snímač s rukami nad hlavou, za použitia svojej základni viac alebo menej spoľahlivé a vysoko kvalitné priemyselné kondenzátora.
• Kontakty, ktoré majú (veľmi zriedka použitý prúdový kolektor), čo je veľmi prospešné pre prácu v podmienkach vysokej prachu a vlhkosti.
• extrémne dlhá životnosť, jednotka opakovane podarí "vychytávať" svoju nízku cenu. V súlade s tým Kapacitný snímač (cena, ktorá sa pohybuje v rozmedzí 1200-1700 rubľov) je extrémne ziskový akvizície.
• Pre pohybovanie pohyblivú časť zariadenia je potrebné, aby sa prekvapivo málo úsilia.
• Prístroj je veľmi ľahko kombinovať s takmer všetkých kategórií zariadení, ktoré sa používa iba v priemyselných odvetviach.

negatívne aspekty

Bohužiaľ, každý kapacitný snímač má určité nevýhody, ktoré do istej miery komplikujú rozšírené používanie tohto typu zariadenia. Uvádzame je podrobnejšie:

• Konverzný faktor (tj., Prenos) je relatívne nízka.
• Malé rozmery a jednoduchosť konštrukcie prispieva k tomu, že menovaný pomerne vysoké nároky na kvalitu tieniacich zariadení.
• Dobrá Kapacitný snímač hladiny (a ďalšie podobné meracie prístroje) možno úspešne vykonávať iba pri frekvencii oveľa vyššie ako štandardné hodnota 50 Hz.

dôležité upozornenia

Avšak, nie je všetko tak zlé. Mnoho výrobcov sa snaží vynikajúce tieniace vlastnosti senzorov tým, že drobné zmeny v ich štruktúre. Čo sa týka frekvencie použitia, v praxi vykazujú vynikajúce výsledky v širokom priemyselnom hodnote 400 Hz.

Už sme hovorili o lojalite k základným vzorci, len ak bude ignorovať okrajový efekt. Ale je užitočné vedieť, že to môže mať skutočne negatívny dopad iba v prípade, že vzdialenosť medzi dielektrickými doskami je porovnateľná s ich vlastnej veľkosti. Okrem toho, negatívny účinok môže byť do značnej miery neutralizovať jednoducho pomocou ochranného krúžku. V tomto prípade je vplyv na hraniciach efekty nemožno dobre prenášať mimo používaných dosiek.

Opäť možno konštatovať, že rovnaké tlakové senzory sa vyznačujú pozoruhodnou jednoduchosť, ktorá umožňuje vytvoriť úžasne stabilné, odolné a s nízkymi nákladmi štruktúru. Ak zvolíte správne geometrické rozmery použité dielektrikum sa používa pri výrobe týchto materiálov kondenzátora nemôže nijako zvlášť starosti.

Tak, správne vyzdvihnutie kovové pečiatku pre výrobu puzdra snímača, je prakticky zanedbateľné ani silné kolísanie teploty, ktoré by mohli mať za následok zmenu kapacity zariadenia a jeho nedostatočné čítanie. Samozrejme, že to nie je nebolo nutné robiť dôkladné izolované tlakové senzory a ďalšie podobné indikátory agresívnych faktorov prostredia. Aj napriek ich jednoduchosť, vysoká vlhkosť a zvýšené hladiny žiarenia môže negatívne ovplyvniť spoľahlivosť zariadení.

klasifikácie snímačov

Používa sa v priemyselných procesoch na ich výrobu vám umožní zdieľať všetky typy senzorov vyrobených do dvoch veľkých skupín: odnoemkostnye a dvuhemkostnye. Druhý typ je rozdelený do diferenciálu a poludifferentsialnye. Uvažujme nich podrobnejšie.

Odnoemkostny zariadení. V tomto prípade je kapacitný snímač obvod veľmi jednoduchá, pretože ich hlavnej časti je najbežnejší kondenzátor s premennou kapacitou. Bohužiaľ, dokonca aj mierne vzrástla vlhkosť a teplota majú na presnosť indikácie veľmi hmatateľný vplyv. Z tohto dôvodu existujú rôzne senzory často závadu. Neutralizovať veľkosť takýchto chýb, je nutné použiť diferencované štruktúry.

Dvuhemkostny senzor. V skutočnosti je to len taká diferencované štruktúry. To je často možné sa stretnúť snímač kapacitný úroveň je vyrábaný takéhoto systému. Tieto prístroje sú dodávané z hlavných nedostatkov predchádzajúceho modelu, ale majú svoje vlastné slabiny. Najvýznamnejšou nevýhodou je nutnosť použiť dva alebo tri tienené vodiče medzi zariadením a povrchom, pretože len týmto spôsobom možno potlačiť tzv parazitné kapacity.

Avšak pomerne sofistikovaný systém kapacitných snímačov v tomto prípade je ľahké ignorovať, pretože na oplátku dostanete veľmi presný a citlivý prístroj.

stavbe senzory Špecifickosť

V mnohých prípadoch (z hľadiska dizajnu) vytvorenie takýchto zariadení je problematické. To platí najmä v prípade, že chcete vytvoriť snímač s premennými úrovňami výkonu. Skúsenosti však ukazujú, že veľa problémov sa rieši takmer úplne presné kalibráciu a vysoko výkonné materiály použité pri výrobe. Najčastejšie sa tieto problémy, ktorým čelia výrobcovia dvuhemkostnyh senzory.

Všeobecne platí, že špecifickosť tohto typu meracích zariadení je, že môžu byť reprezentované ako bezrozmerné pomer dvoch fyzikálnych veličín (kontajnery), ktoré majú presné fyzikálne výraz a zmysel. Tak, aby mohli byť bezpečne nazýva "sonduje vzťah." Výhodou týchto prístrojov (je obrovské plus!) Je to, že vo všeobecnosti nemôžu mať vo svojom návrhu niektoré štandardné opatrenia, ktoré ochladzujú zvyšuje spoľahlivosť v naozaj extrémnych situáciách a podmienkach.

Charakterizácia lineárnych snímačov

Všetky non-elektrické hodnoty, ktoré je často nutné pre riadenie v priemyselnom prostredí, je veľmi rozmanitá a mnohotvárna. Významná časť opatrenia, ktoré podliehajú prísnym kontrolám, aby hranaté a lineárne pohyby aj rôzne druhy povrchov v priestore. Ak použijete kondenzátor, ktorý má absolútne jednotné elektrického poľa v medzere, nie je to tak ťažké, aby sa elektronické snímače dve z nasledujúcich typov:

• V ktorej oblasti elektród je variabilný.
• Tí, ktorí majú premenlivú medzeru medzi elektródami.

Je ľahké pochopiť, že prvý typ je najvhodnejší pre upevnenie naozaj veľký pohyb, pri použití druhého radu je možné si všimol aj nejaký pohyb tela v priestore, ktorého hodnota je rovná len niekoľko mikrónov!

Senzory pre stanovenie uhlové posunutie

Všeobecne platí, že podľa návrhu a účelu, sú takmer úplne totožné s predchádzajúcim typu kontaktu. Podobnosť sa prejavuje v tom, že snímače sú elektródy variabilné oblasti by mali byť taktiež použité pre väčších rozmerov a s premennou vzdialenosť medzi samotnými elektródami - malé. Obvykle sú tieto prostriedky s viacerými rezu, s možnosťou zmeny oblasť kondenzátorových dosiek.

Aby sa to dosiahlo, prvý elektródu fixovaného k pohyblivému hriadeľmi v otáčaní, ktoré menia svoju polohu vzhľadom na druhej zmene oblasti, ktorá poskytuje prekrytie dielektrickými doskami kondenzátora. Prirodzene, keď zaznamenal zmenu kapacity.

zistenie

Tak sme diskutovali o základnej charakteristiky úrovni nástroje, sa dozvedel o ich oblastiach použitia, o funkciách konštrukcie, princíp činnosti a možných technických riešení. Ako môžete pochopiť z článku, prevaha kapacitných snímačov a ich extrémne vysoká popularita je založená na veľmi atraktívnu cenu takých zariadení a dlhú životnosť aj pri sťažených podmienkach.

To všetko je možné vďaka tomu, že z konštruktívneho uhla pohľadu sú všetky tieto prístroje sú iba štandardné kondenzátory, ktoré sa vyznačujú trochu neobvyklým spôsobom ich uplatňovania. Avšak, môžete a zistiť sami, opäť pri pohľade na matematických vzorcov, ktoré do značnej miery odrážajú princípy KIP prácu.