Capacitive sensor: patakaran ng pamahalaan at mga prinsipyo ng operasyon. Capacitive sensor: application

Modern industriya, at sa araw-araw ng tao ng tao na aktibidad, masyadong, ito ay imposible upang isipin na walang ang lahat ng mga uri ng mga electronic device. Sila ay makakatulong sa amin sa lahat ng paraan, at ang ilan manufacturing operations upang maisagawa ay hindi magtagumpay nang walang mga ito. Sa mga "Katulong" ay dapat din isama ang isang capacitive sensor.

Kaya tinatawag na converter na ginawa ng parametric uri. Pagsukat ng isang dami ng mga naturang device ay ginanap sa pamamagitan ng mga pagkakaiba-iba ng kapasidad kapag ang pagbabago ng ilang mahahalagang mga parameter. Sa madaling sabi, ang tinantyang pagbabago sa kapasidad sa ilalim ng impluwensiya ng ilang mga panlabas na mga kadahilanan.

Ang operating prinsipyo ng ang capacitive sensor

Iyan ay kung ano ang capacitive sensors. Ang prinsipyo ng operasyon ang mga ito ay hindi kaya mahirap, ngunit upang maunawaan ito na kailangan mong malaman ng isang bagay. Upang magsimula sa isipin natin ang prinsipyo ng pagtukoy ng kapasidad ng kapasitor. Ang pagkilos na ito ay ipinahayag sa pamamagitan ng mga sumusunod na formula:

C = εεₒS / δ.

expression na ito ay kilala sa maraming mula sa physics kurso ng paaralan, ngunit hindi ito saktan upang i-refresh ang iyong memorya at pagpapabalik, na nangangahulugan na ang bawat isa sa mga variable:

• S - lugar ng plates kapasitor.
• E - kamag-anak mapahintulot ng dielectric materyal na ginamit sa kapasitor disenyo.
• εₒ - tulad ng sa physics upang tumukoy mapahintulot ng libreng espasyo.
• δ - kaya maaaring itinalaga o ang kapal ng dielectric plato, o ang distansya sa pagitan ng ilang mga layer ng materyal.

Kaya, mula sa formula sa itaas na ang kapasidad baguhin madali. Sumapat ito kahit papaano kumilos sa lugar ng plato ng dielectric materyal, isang distansya sa pagitan ng mga plates o direkta sa ang pagkamatagusin ginagamit sa paggawa ng mga materyales. Alinsunod dito, ang pagpili ng mga partikular na halaga ay depende lamang sa listahan ng mga gawain na kung saan ang aparato designer na-set.

Kaya, maaari naming kahit na gumawa ng isang capacitive sensor sa iyong mga kamay, bilang isang nakabubuo pananaw na ito ay - ang mga karaniwang flat o cylindrical kapasitor, isa plate na kung saan ay patuloy na nakararanas ng isang kinokontrol na kilusan sa espasyo, na kung saan ay humantong sa isang pagbabago sa kapasidad. Dapat ito ay remembered na ang mga formula sa itaas ay may-bisa lamang kung ikaw ay ganap na neglecting gilid epekto. Kami makipag-usap nang higit pa tungkol ito sa ang pangwakas na seksyon ng artikulong ito.

Dapat itong kilala na ang naturang electronic appliances ay ginagamit malawakan para sa pagsukat ng angular at linear displacements ng mga bagay, sa pagkalkula ng mga sukat, ang inilapat trabaho, kahalumigmigan, konsentrasyon ng mga aktibong sangkap at iba pang mga katangian. Na patungkol sa istruktura ng aspeto ng ang tanong, at pagkatapos ay sinabi bales ay ginawa plane-parallel, sa cylindrical housings na may pin electrodes, na may isang aporo ng isang dielectric materyal, at kahit na wala ito.

Narito kung paano upang mapatakbo capacitive sensors. Ang prinsipyo ng operasyon ng ilan sa kanila na kailangang malaman sa mahusay na detalye. Sa artikulong ito bigyan kami ng ilang mga formula na maaaring maging kapaki-pakinabang para sa iyo.

Formula upang ilarawan ang mga prinsipyo ng operasyon ng ilang mga uri ng sensor

Level sensor na may posibleng variation ng mga parisukat na dielectric plates maaaring medyo madali na inilalarawan gamit ang mga sumusunod na equation:

C = εεₒaH / δ.

Sa pamamagitan ng "X" sa kasong ito ay tumutukoy sa haba ng overlap ng mga electrodes na ginagamit. Alinsunod dito, "isang" Tinutukoy ang lapad ng plato ng kapasitor. Dapat ito ay mapapansin na ang naturang mga aparato ay na-apply sa iba't-ibang larangan ng industriya, kung saan sila ay ginagamit para sa tumpak na pagsukat ng angular halaga. kapasidad ng transduser sa ganoong kaso ay matatagpuan sa pamamagitan ng ang mga sumusunod na expression:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Upang tumpak na masukat ang sensitivity, dapat mong gamitin ang isang bahagyang kakaibang formula:

K = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ.

Ipaalam sa amin makita kung ano ang kahulugan ng mga variable na bahagi ng mga equation:

• r₁ - panloob na radius ng plates condenser;
• r₂ - panlabas na radius ng parehong plato;
• φ - sinusukat sa sandaling ito (aktwal na) halaga ng overlap anggulo;
• φₒ - ang paunang halaga ng overlap anggulo.

Sa wakas, ipaliwanag namin ang mathematical expression na naglalarawan ng operating prinsipyo ng ang capacitive gauge na may adjustable air gap:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Predictably, isang pangunahing clearance δₒ nauunawaan, ang titik X ay ang parehong halaga ng pag-aalis ng mga plato. Bigyang-pansin! Since static na mga katangian ay hindi mahigpit na linear, karaniwan ang antas sensor ng uri na ginagamit upang masukat napakaliit na displacements, na kung saan ay hindi lalampas sa dami 0,1δₒ. Natural, ang mga aparatong ito ay lubos na demanded sa precision engineering, kung saan kahit menor de edad mga error ay maaaring maging sanhi ng lubos na malubhang problema.

Kung saan maaari nilang gamitin?

Mga lugar ng mga posibleng aplikasyon ay lubos na magkakaibang. Sa gayon, sa halos lahat ng mga industriya ay maaaring matugunan ang mga operasyon, na kung saan ay kinokontrol ng mga aparatong ito. Sila ay ginagamit upang kontrolin ang pagpuno ng iba't-ibang tank, at ang kanilang mga nilalaman ay maaaring maging likido, puno ng gas o particulate (gas sensor).

Ang pagkalat ng pang-industriya at normal na tao pang-industriya na aktibidad ay mas mataas, mas maaasahan at mas madali upang mag-disenyo tulad device. Mula sa kumbinasyon ng mga sintomas na ito, ang mga ito kaya magandang na maaari nilang magamit kahit na sa labis na agresibo kondisyon hold oil tankers.

Higit pa rito, ang capacitive sensor ay maaaring gamitin bilang isang limitasyon switch sa conveyor linya o machine pagmamanupaktura shop. Ito ay kinakailangan at para sa pinaka-tumpak na pagpoposisyon ng iba't-ibang mga mekanismo.

proximity sensor

Ngunit ngayon sa malaking demand proximity sensor, na kung saan ay gawa sa eksakto ang parehong prinsipyo. Ang hanay ng kanilang gamit ay kahit na mas malawak. Ito ay dahil sa ang mga device penny gastos na maaaring magtrabaho sa halos lahat ng uri ng industriya. Subalit, may mga tipikal na industriya na kung saan ang ganitong uri ng kagamitan ay ang pinaka-popular na:

• Control ng likido-puno transparent lalagyan na gawa sa plastic o salamin.
• Ang isang katulad na function ay ginanap sa pamamagitan ng mga ito sa paggawa ng mga produkto ng pagkain (kabilang ang mga bata), kung saan ang natapos na produkto ay nakabalot sa mga lalagyan na gawa sa transparent na materyales. Sa parehong prinsipyo based at trabaho ng bale bilang capacitive sensor ng gasolina.
• Para sa pagsubaybay mapanganib na lugar, kung saan posible nasira paikot-ikot na wire.
• Kontrolin ang katulad na lugar kung saan ang mga carrier conveyor belt ay maaaring nasira.
• Indibidwal na makontrol ang uri ng mga produkto na ginawa (conversion ng mga lata, bote, packaging).

Hindi nakakagulat na ang mga elektronikong aparato ay ang pinaka-karaniwan sa precision engineering, kapangyarihan henerasyon at maraming iba pang mga industriya iba't-ibang mga sensors.

inclinometers

Ang mga aparato na ay naging laganap lamang sa relatibong kamakailan-lamang na taon ay maliit-sized capacitive inclinometer pagbibigay ng transmisyon electric signal output na magnitude ay direkta proporsyonal sa ang anggulo sensor na ginagamit.

Ang pinaka-karaniwang mga pangunahing larangan ng paggamit ng mga aparatong ito: platform alignment system, pagpapasiya ng pagpapalihis at pagpapapangit ng iba't-ibang uri ng mga teknikal na suporta beams, pati na rin tiyak na kontrol ng kalsada, railway track lihis sa yugto ng kanilang construction.

Bukod dito, ang paggamit ng naturang device matukoy ang roll ng mabibigat na mga trak at iba pang mga sasakyan, elevators at pang-industriya excavators at alamin ang antas ng anggular pag-aalis para sa agrikultura at pang-industriya machine partikular na malaki.

Napakahalaga capacitive sensor fuel level sa industriya ng langis. Sila ay ginagamit kahit sa supertankers na dalhin sa isang paglalakbay sa sampu-sampung at daan-daang libo ng mga tons ng pino produkto ng langis. Mga aparatong ito ay lubos na epektibo kahit na sa napaka masaganang pagbuo ng condensate at ang isang mataas na antas ng dust production area (parehong gas sensor).

Sila mahanap ang kanilang mga gamitin sa mga halaga ng pagsukat ng absolute at kamag-anak na antas ng presyon ng pati na rin ang kapal ng dielectric materyal, na kung saan ay lubos na mahalaga sa halos lahat ng mga industriya na kung saan ang tunay na malakas na capacitors ay ginagamit.

Ang pangunahing bentahe ng capacitive sensors

Dapat ito ay nabanggit na ang capacitive sensor ay maraming pakinabang kapag inihambing sa mga katulad na mga aparato na ay nabuo sa medyo iba prinsipyo. Hayaan ilista ni ang pangunahing pakinabang ng mga kip:

• Sa manufacturing, ang mga ito lubos na simple. Sa karagdagan, ang pinaka-simple at murang materyales ay maaaring gamitin sa kanilang produksyon. Kahit capacitive antas ng fuel sensor na ginagamit sa industriya ng petrolyo mahalagang bagay ay may lubos na katamtaman ang laki may pinakamababang posibleng antas ng pagkonsumo ng electric enerhiya. Sa lahat ng mga katangiang ito, naiiba sila mahusay na antas ng sensitivity, na kung saan ay madalas na hindi matatamo para sa mga mas mahal na mga aparato.
• Sa prinsipyo, maaari itong maging isang capacitive sensor sa iyong mga kamay, ang paggamit ng bilang nito base ng anumang higit pa o mas mababa maaasahan at mataas na kalidad na pang-industriya kapasitor.
• Ang mga contact mayroon silang (napaka-bihirang ginagamit sa isang kasalukuyang kolektor), na kung saan ay lubhang kapaki-pakinabang sa mga trabaho kung saan mayroong mataas na dust at kahalumigmigan.
• lubhang mahaba ang buhay, ang yunit paulit-ulit na namamahala sa "mahuling muli" ang kanilang mga mababang gastos. Alinsunod dito, ang capacitive sensor (ang presyo ng na kung saan ay nasa hanay 1200-1700 Rubles) ay lubhang pinakinabangang acquisition.
• Para sa paglipat ng mga palipat-lipat na bahagi ng aparato ay kinakailangan upang gumawa ng nakakagulat na maliit na pagsisikap.
• Ang aparato ay mas madali upang ipagsama sa halos lahat ng mga kategorya ng mga kagamitan na ginagamit lamang sa pang-industriya na gawain.

negatibong aspeto

Sa kasamaang palad, ang bawat capacitive sensor ay may ilang mga drawbacks, na sa isang tiyak na lawak palubhain ang laganap na paggamit ng ganitong uri ng kagamitan. ilista namin ang mga ito sa mas maraming mga detalye:

• conversion factor (ibig sabihin, transmission) ay relatibong mababa.
• Maliit na laki at pagiging simple ng disenyo ng kontribusyon sa ang katunayan na ang mga hinirang medyo mataas na mga pangangailangan sa kalidad ng screening device.
• Magandang capacitive antas sensor (at iba pang katulad na mga pagsukat instrumento) ay maaaring gumana epektibo lamang sa isang dalas mas mataas kaysa sa karaniwang halaga ng 50 Hz.

mahalaga na Abiso

Gayunpaman, ang lahat ay hindi kasing sama. Maraming mga tagagawa humingi mahusay na shielding katangian ng ang mga sensor sa pamamagitan ng paggawa ng maliit na pagbabago sa kanilang mga istraktura. Tulad ng para sa ang dalas ng paggamit, sa kasanayan ipakita ito ng mahusay na mga resulta sa laganap na pang-industriya na halaga ng 400 Hz.

Nakapagpadala na kami ng talked tungkol sa katapatan sa pangunahing formula lamang kung ang papansin sa gilid epekto. Ngunit ito ay kapaki-pakinabang na malaman na maaari itong talagang magkaroon ng negatibong epekto lamang sa kaganapan na ang distansya sa pagitan ng dielectric plates ay maihahambing sa kanilang sariling mga laki. Dagdag pa rito, ang mga negatibong epekto ay maaaring higit sa lahat neutralisahin lamang ng paggamit ng guard ring. Sa kasong ito, ang epekto ng epekto border ay hindi maaaring maglipat ng mabuti sa kabila ng ginamit plates.

Muli, tandaan namin na ang parehong presyon ng sensor ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang kahanga-hangang pagiging simple, na kung saan ay nagbibigay-daan sa iyo upang lumikha ng isang marvelously matatag, matibay at low-cost istraktura. Kung pinili mo ang tamang geometriko sukat na ginamit dielectric ay ginagamit sa produksyon ng mga tulad ng isang kapasitor materyales na hindi magagawa lalo na nag-aalala.

Kaya, tama ang tumatawag sa metal stamp para sa paggawa ng pabahay sensor, ito ay halos bale-wala kahit malakas na pagbabago-bago ng temperatura na kung saan ay maaaring magresulta sa isang pagbabago sa kapasidad ng aparato at ang mga hindi sapat na pagbabasa. Of course, ito ay hindi pawiin ang kailangan upang maisagawa ang masusing nakahiwalay na presyon ng sensor at iba pang mga naturang tagapagpahiwatig ng agresibo kapaligiran mga kadahilanan. Sa kabila ng kanilang pagiging simple, mataas na kahalumigmigan at mataas na antas ng radiation ay maaaring negatibong maapektuhan ang pagiging maaasahan ng ang aparato.

pag-uuri ng mga sensor

Ginamit sa pang-industriya na proseso para sa kanilang produksyon daan sa iyo upang ibahagi ang lahat ng uri ng mga sensors na ginawa sa dalawang malalaking grupo: odnoemkostnye at dvuhemkostnye. Ang huli uri ay nahahati sa mga kaugalian at poludifferentsialnye. Isaalang-alang natin ang mga ito sa mas maraming mga detalye.

Odnoemkostny aparato. Sa kasong ito ang capacitive sensor circuit lubos na simple, dahil ang kanilang pangunahing bahagi ay ang pinaka-karaniwang kapasitor na may variable na kapasidad. Sa kasamaang palad, kahit na ang isang bahagyang mas mataas na kahalumigmigan at temperatura ay may sa katumpakan ng indications napaka-nasasalat epekto. Dahil dito, may mga iba't-ibang mga sensor madalas madepektong paggawa. Upang neutralisahin ang magnitude ng naturang mga error, ito ay kinakailangan upang gamitin ang differentiated istraktura.

Dvuhemkostny sensor. Sa totoo lang, ito lamang ay tulad ng isang differentiated istraktura. Ito ay madalas na posible upang matugunan ang mga capacitive antas sensor ay manufactured sa pamamagitan ng tulad ng isang scheme. Mga aparatong ito ay inihatid mula sa pangunahing drawbacks ng nakaraang modelo, ngunit ay may sariling kahinaan. Ang pinaka makabuluhang dehado ay ang pangangailangan na gamitin ang dalawa o tatlong shielded wire sa pagitan ng aparato mismo at ang ibabaw, dahil lamang sa paraan na ito ay maaaring sugpuin ang tinatawag na parasitiko kapasidad.

Gayunman, ang isang medyo sopistikadong scheme ng capacitive sensors sa kasong ito ito ay madali upang huwag pansinin, dahil sa return makakuha ka ng isang lubos na tumpak at sensitibong aparato.

paggawa sensor Pagtitiyak

Sa maraming mga kaso (mula sa disenyo punto ng view) ang paglikha ng mga naturang device ay may problemang. Ito ay lalong totoo kung nais mong lumikha ng isang sensor na may variable na antas ng kapasidad. Gayunpaman, ang karanasan ay nagpapakita na ang marami sa mga problema ay malulutas halos ganap na tumpak calibration at mataas na pagganap materyales na ginamit sa produksyon. Karamihan sa mga madalas na mga paghihirap na nahaharap sa pamamagitan ng mga producer dvuhemkostnyh sensors.

Sa pangkalahatan, ang pagtitiyak na may ganitong uri ng pagsukat na aparato ay maaari silang ma-kinakatawan bilang isang dimensionless ratio ng dalawang pisikal na dami (lalagyan) na kung saan ay may isang tiyak na pisikal na pagpapahayag at kahulugan. Upang maaari silang ligtas na tinatawag na "probes ang relasyon." Ang bentahe ng mga aparatong ito (ang mga ito malaking plus!) Ay na sila sa pangkalahatan ay hindi maaaring magkaroon sa kanyang disenyo ng ilang karaniwang hakbang na palamig Pinahuhusay pagiging maaasahan sa talagang matinding sitwasyon at kundisyon.

Paglalarawan ng linear encoder

Lahat ng mga hindi de-kuryenteng mga halaga, na kung saan ay madalas na kinakailangan upang kontrolin sa isang pang-industriya na kapaligiran, ito ay lubos na iba't iba at multifaceted. Ang isang makabuluhang bahagi ng mga panukala na ay napapailalim sa mahigpit na mga kontrol, gumawa angular at linear na paggalaw kahit na iba't ibang mga uri ng mga ibabaw sa espasyo. Kung gumagamit ka ng isang kapasitor na may ganap na unipormeng electric field sa puwang, ito ay hindi kaya mahirap na gumawa ng mga electronic sensor ang dalawa sa mga sumusunod na uri:

• Saang lugar ng electrodes ay variable.
• Sa mga may isang variable na agwat sa pagitan ng mga electrodes.

Ito ay madaling maunawaan na ang unang uri ay pinaka-angkop para sa pag-aayos ng talagang malaking kilusan, habang gamit ang pangalawang iba't-ibang maaaring napansin kahit ilang katawan kilusan sa espasyo, ang halaga ng kung saan ay katumbas ng lamang ng ilang microns!

Sensor para sa pagtukoy ng anggular pag-aalis

Sa pangkalahatan, sa pamamagitan ng disenyo at layunin, sila ay halos ganap na kapareho ng naunang type contact. Pagkakatulad ay ipinahayag sa ang katunayan na ang mga sensor ay electrodes ng isang variable na lugar ay dapat ding gamitin para sa mas malaking sukat at may isang variable na distansya sa pagitan ng mga electrodes sa kanilang sarili - maliit. Karaniwan, tulad ng mga aparato ay ginawa multi-sectional, na may ang posibilidad ng pagbabago ng lugar ng plates kapasitor.

Upang makamit ito, ang isang unang elektrod naayos na ang palipat-lipat baras sa pag-ikot na ito ay nagbabago ang posisyon nito kaugnay sa ikalawang pagbabagong lugar na nagbibigay ng overlap ng dielectric plates sa kapasitor. Naturally, kapag ito ay naitala ng isang pagbabago sa kapasidad.

napag-alaman

Kaya namin napag-usapan ang mga pangunahing katangian ng ang antas ng instrumento, natutunan ang tungkol sa kanilang mga lugar ng application, tungkol sa mga tampok ng disenyo, ang mga prinsipyo ng pagkilos at posibleng mga teknikal na mga solusyon. Bilang maaari mong maunawaan mula sa artikulo, ang pagkalat ng capacitive sensors at ang kanilang napakataas na popularidad ay batay sa mga talagang kaakit-akit presyo ng mga naturang device at isang mahaba ang serbisyo buhay kahit sa mahihirap na kondisyon sa kapaligiran.

Ang lahat ng ito ay posible salamat sa ang katunayan na ang, mula sa isang nakabubuo punto ng view, ang lahat ng mga metro lamang standard capacitors, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang medyo hindi pangkaraniwang paraan ng kanilang application. Gayunpaman, maaari mong at malaman para sa iyong sarili, sa sandaling muli ng pagtingin sa mga mathematical formula na malawak ang sumasalamin sa mga prinsipyo kip trabaho.