Kapasityf sensor: apparatus en prinsipe fan wurking. Kapasityf sensors: applikaasje

Moderne bedriuwsterreinen en minsklike tydlike aktiviteiten kinne ek net foar in oare soarte fan elektroanyske apparaten foarkomme. Se helpe ús yn alles, en guon technyske operaasjes sûnder harren sille net mooglik wêze. Op sokke "maatregels" moatte oanlutsen wurde en in kapotive sensor.

Dit is wat transducers neamd wurde, makke neffens it parametrike type. Meitsjen fan in bepaald volume troch soksoarte apparaten wurdt útfierd troch fluktuaasjes yn it kapitaalwettigens as guon wichtige parameters feroarje. Simply set, de skatting feroaring yn capacitance ûnder de ynfloed fan inkele eksterne faktoaren.

Prinsipe fan 'e operaasje fan' e capacitêre sensor

Dat binne kapotive sensors. It prinsipe fan har wurk is net sa komplisearre, mar om it te begripen moatte jo wat fine. Om it begjinne te begjinnen, lit ús it prinsipe fan it bepalen fan 'e kapitaasje fan in kapsitor weromkeare. Dizze aksje wurdt útdrukt mei de folgjende formule:

C = εεₒS / δ.

Dizze ekspresje is in soad bekend fan 'e skoallekursus fan' e fysika, mar it soe net wekker wêze om it ûnthâld te ferfarskjen en te ferjitten hoe't elk fan 'e fariabelen foarkomt:

• S is it gebiet fan 'e kapsitor plate.
• Ε is de relative permeabiliteit fan it dielektrike materiaal dat brûkt wurdt yn 'e bou fan de kondensator.
• Εₒ - dus yn 'e fysika is it gewoanlik om de dielektrike konstante fan in fakuüm oan te tsjutten.
• Δ - dit kin de dikte fan de dielektrike plaat wêze of de ôfstân tusken ferskate lagen fan it materiaal.

Sa folget it út 'e boppesteande formule dat it maklik is om de kapacitânsje fan' e kondensator te feroarjen. It is genôch om wat te dwaan op it gebiet fan de plaat fan dielektrike materiaal, de ôfstân tusken de platen of streekrjocht op de trochsichtigens fan it materiaal yn 'e produksje. Dêrom hinget de kar foar in spesifike wearde allinich út op de list fan taken dy't de ûntwerpers foar it apparaat pleatst hawwe.

Sa kin men sels in capacitêre sensor mei ien eigen hân meitsje, om't fan in konstruktyf perspektyf in gewoane flak of sylindraal kondensator is, ien fan hokker platen is hieltyd in kontrolearjende beweging yn 'e romte, dy't liedt ta in feroaring fan kapacitâns. It moat neffens gedachten wêze dat de hjirboppe formule allinich is as jo folslein ferwiderje kante effekten. Wy prate oer dit yn it ein fan it artikel.

Men moat witte dat sokke elektroanyske apparaten yntinsyf brûkt wurde om mjittige en lineêre bewegings fan objekten te bemjitten, berekkenje de dimensjes, tapast wurk, humiliteit, konsintraasje fan 'e aktive substân en oare skaaimerken. Wat de konstruktive kant fan it probleem binne, wurde dizze ynstruminten makke troch planeel parallele, yn sylindrike lichems, mei pinselelektroden, mei in spaas fan dielektrike materiaal en sûnder it iets.

Hjir is hoe't de capacitive sensors funksjonearje. It prinsipe fan operaasje fan guon fan har moat foaral yn detail bekend wêze. Binnen it ramt fan dit artikel jouwe wy guon formules dy't jo brûke kinne foar jo.

Formulieren foar it beskriuwen fan it prinsipe fan operaasje fan bepaalde soarten fan sensor

In nivo-sensor mei in mooglike feroaring yn it gebiet fan dielektrike platen kin frij maklik beskreaun wurde mei de folgjende lykweardigens:

C = εεₒaX / δ.

De "X" yn dit gefal is de lingte fan 'e oerlap fan' e elektroaden dy't brûkt wurde. Dęr't 'a' de breedte fan 'e platen fan' e kondensor sels bepaalt. It moat bepaald wurde dat soksoarte ynstruminten harren tapassing op ferskate gebieten fan 'e yndustry fûn hawwe, wêr't se brûkt wurde om de wanglike mjitten goed te mjitten. De kapasiteit fan 'e converter is dan fûn troch de folgjende ekspresje:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Om de sensibiliteit goed te mjitten, moat in wat oare formule brûkt wurde:

K = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ.

Lit sjen wat betsjuttet troch dy fariabelen dy't diel binne fan dizze gelikensens:

• R₁ is de ynterne radius fan de kondensorplaat;
• R₂ is de eksterne radius fan deselde plaat;
• Φ is de aktuele (aktuele) wearde fan 'e oerlappe winkel;
• Φₒ is de earste wearde fan de overlapwinkel.

Uteinlik sille wy in matematyske útdrukking analysearje dy't beskriuwt it operasprinsipe fan in kapitaitlik meter mei in variable fariabele spits:

C = εεₒS / (δₒ-X).

It is net dreech om te sizzen dat δₒ de primêre gap is, wylst itselde letter X it bedrach fan ferplichting fan 'e plaat betsjuttet. Wês oandacht! Sûnt de statyske skaaimerken binne net stringend linear, meastentiids wurdt in nivo sensor fan dit type brûkt om ekstân lytser ferwiderings te mjitten, wêrtroch't it grutter net mear as 0.1d is. Fansels binne dizze apparaten yn grutte fraach yn presysynology, wêr't sels in lytsere flater kin ta serieuze problemen liede.

Wêr kinne se brûkt wurde?

Gebieten fan har mooglike oanfraach binne tige ferskille. Dus, yn hast alle yndustry, operaasjes dy't troch dizze apparaten kontrolearre wurde kinne fûn wurde. Se wurde brûkt om it filling fan ferskate tanks te kontrolearjen, en har ynhâld kin flüss, granulêr of gas (gas sensor) wêze.

Har prestaasjes yn 'e yndustry en de gewoane minsklike produksje heger is it betrouber en ienfâldiger it ûntwerp fan sokke apparaten. Foar it totalen fan dizze tekeningen binne se sa goed dat se ek brûkt wurde kinne yn 'e ûnbidige agressive betingsten fan oalje tankers.

Dêrnjonken kin de capacitêre sensor brûkt wurde as limyt-skeakel op 'e conveyor line of it masine-ark fan' e produksjehalle. It is ek nedich foar de genoegste posysjeing fan ferskate meganismen.

Tichtensensors

Mar no yn it grutte fraach neite sensors, dy't binne makke eksakt itselde prinsipe. It berik fan har gebrûk is noch grutter. Dit is fanwege de pennywearde fan apparaten en de fermogen om yn praktysk alle soarten yndustry te wurkjen. Wol binne der typyske yndustry wêr 't apparaat fan dit type de meast yn' e fraach binne:

• Kontrôle oer it filling fan floeide transparant konteners fan plastyk of glês.
• In fergelykbere funksje wurdt troch har útfierd yn 'e produksje fan itenprodukten (ynklusyf berneboeken), wêrby't de fertige soarten ferpakke binne yn konteners fan transparant materiaal. Op deselde prinsipe is it wurk fan sa'n ynstrumint as in kapasitêre brieversensor basearre.
• Om gefaarbere gebieten te kontrolearjen wêr't de wynde draai brutsen is.
• Kontrôle fan fergelykbere plakken dêr't de ferdjipelriem skealik wurde kin.
• Stielkontrôle fan it produkttypeart (opnij fan besikingen, fleskes, pakketten).

Net fernuverjend binne dizze elektroanyske apparaten de meast foarkommende yn presysynformaasje, enerzjy en in soad oare bedriuwen in ferskaat fan sifers.

Ynklinometer

Ynstruminten dy't allinich yn 'e lêste jierren ferlykber wurden binne lytse kapikative inclinometers dy't in elektrysk útfieringssignal leverje, wêrby't grutte is direkte oanwêzich oan' e ynknoping fan de sensor dy't brûkt wurdt.

De meast foarkommende haadgebieten fan gebrûk fan dizze ynstruminten binne platfoarmnigelingssystemen, it bepalen fan it bedrach fan ûntbining en technyske ferfoarming fan ferskate stipebalken, en ek de genoegste kontrôle fan it hynder fan strjitten en spoarwegen op it poadium fan har bou.

Dêrnjonken wurdt, mei help fan soksoarte apparaten, de rol fan swiere reclamers en oare wagen, houtsjes en bedriuweterreinen fêststeld, en de mjitte fan winkel ferfalding yn relaasje nei agraryske en yndustrymasjines fan ekstra grutte grutte wurdt bepaald.

Hiel wichtich kapasityf sensors brânstof nivo yn 'e oalje yndustry. Se wurde sels brûkt op supertankers, dy't foar ien fleanferfier en tsientûzenen tûzen fan ferwurke oalprodukten binne. Dizze apparaten binne ekstra effektyf ek yn betingsten fan 'e foarmjouwing fan heulende kondensatens en in hege sterke stilte yn' e produksjekaam (deselde gazsensor).

Se fine har tapassing yn it mjitten fan 'e grutte fan' e absolute en relatyf drukte nivo's, lykas de dikte fan it dielektrike materiaal, dat tige wichtich is yn hast alle yndustry wêr't echt krêftige kapten wurde brûkt.

De wichtichste foardielen fan kapatibele sensoren

It moat fêststeld wurde dat de capacitêre sensor in soad foardielen hat as ferlike mei ferlykbere apparaten dy't útfierd wurde neffens guon ferskillende prinsipes. Litte wy de wichtichste foardielen fan dizze ynstruminten opnimme:

• By it fabryk binne se tige ienfâldich. Boppedat kinne de simpelste en goedkeapste materialen brûkt wurde yn har produksje. Sels kapotiveft fermogensnivo's dy't brûkt wurde yn wichtige oalje-yndustryfoarsjennings hawwe ekstra beskieden dimensjes en hawwe it leechste mooglike nivo fan elektryske enerzjyferbrûk. Mei al dizze skaaimerken binne se ûnderskieden troch in poerbêste nivo fan sensibiliteit, dy't faak net te berikken is foar duorre apparaten.
• Yn prinsipe kinne jo in capacitêre sensor sels meitsje, wêrtroch as basis har mear of minder betroubere en heechweardige yndustriële kondasjon is.
• Se hawwe gjin kontakten (heel selden ien inkele aktive samler wurdt brûkt), dy't tige belangryk is foar wurkjen yn betingsten fan hege staachynhâld en fiifheid yn 'e keamer.
• It leveringslibben is ekstreem lang, it apparaat hieltyd mage om "leech" te beteljen. Dêrtroch is de capacitêre sensor (waans priis yn 't berik fan 1200-1700 rubles) in ekstra profitable begryp is.
• Om it bewegende diel fan it apparaat te ferpleatsen, nimt it ferrassend lyts ynspanning.
• It apparaat is tige maklik om te kombinearjen mei hast alle kategory apparatuer dy't allinich brûkt wurdt yn bedriuwsaktiviteiten.

Negatyf momint

Spitigernôch hat elke kapsitêre sensor in bepaalde minne ûntwikkeling, dy't oant no ta it wiidferspraat gebrûk meitsje fan dizze soarte apparatuer. Lit ús se yn mear detail leverje:

• De konvergjearingsfaktor (d.ei gearkomst) is relatyf leech.
• De lytse grutte en ienfâldige foarmjouwing drage by oan it feit dat der earder hege easken foar de kwaliteit fan screening-apparaten opsetten wurde.
• In goed kapsitive nivo sensor (en oare fergelykbere mjittingen) kinne effisjinne operearje mar op in frekwinsje folle heger as de standertwearde fan 50 Hz.

Wichtige notysjes

Alles is lykwols net sa slim. In protte fabrikanten leverje ekstra sintraal-skrearkarakteren troch minimalen wizigingen te meitsjen oan har ûntwerp As foar frekwinsje fan gebrûk, hawwe se yn 'e praktyk poerbêste resultaten te sjen op in wearde dy't yn' e yndustry yn 400 hz brûkt wurdt.

Wy hawwe al sprutsen oer de jildigens fan 'e basisfoarm is allinich as de râne effekt is negearre. Mar it is handich om te witten dat it kin echt in negative effekt hawwe as de ôfstân tusken de dielektrike platen fergelykber is mei har eigen dimensjes. Dêrnjonken kin it negative effekt yn 't bysûnder omtinken wurde troch gewoan brûken fan in beskermjende ring. Yn dit gefal kinne de grinzen fan 'e ynfloed fan' e effekt fierder ferspraat oer de gebrûkte platen.

We werkenne wer dat deselde drukkersensors ûnderskiede binne troch in opmerklike ienfâld, wêrtroch it mooglik makket op 'e wûnderstabyl, duorsume en goedkeap ûntwerpen. As jo de geometryske ôfmjittingen fan 'e dielektrike brûkte, kieze jo it goeie kwestje fan de materialen dy't brûkt wurde by de produksje fan sa'n kondensator.

Sa kin it metaal mark foar it fabryk fan de sensorgebrûk goed genôch selektearje, it kin wêze om praktysk sels de sterke temperatuerfluktuaasjes te ferdriuwen dy't liede kinne ta in feroaring yn 'e kapitaasje fan it apparaat en de ûngedienheid fan har lêzings. Fansels is dit net de needsaak om de drukkersensers en oare ferlykbere yndikatoaren fan agressive miljeufurtulearrings folslein te isolearjen. Nettsjinsteande harren ienfâldigens kinne hege fytsers en hege stjerrestream nivo negatyf ynfloed op de betrouberens fan it apparaat.

Klassifikaasje fan sensories

De metoaden fan produksje dy't yn 'e yndustry brûkt wurde, meitsje it mooglik om alle produkten fan sensor yn twa grutte groepen te dielen: ien-samler en twa-sampling. De lêste ferskaat is ferdield yn ferskillend en semi-differinsjaal. Wy sille har yn detail mear ûndersykje.

In single-tool-apparaat. Yn dit gefal binne de capacitive sensor circuits ienfâldich foar de ekstreme, om't it haaddiel de meast foarkommende kapsitor is mei variable kapitaasje. Spitigernôch hawwe sels wat fermindere en temperatuer in tige tangbere effekt op 'e krektens fan' e lêzingen. Hjirtroch binne der faak ferskate sensorfunksjes. Om de gruttens fan sokke fouten te bepalen, moatte wy differinsjearre konstruksjes brûke.

Twa sensor sensor. Eartiids is hy sa'n differinsearre struktuer. Jo faak kinne jo in kapasitive nivo sensor brûke, krekt neffens dizze regeling makke. Dizze apparaat binne fergees fan 'e wichtichste neidielen fan it foarige model, mar hawwe har eigen swakkens. It meast wichtichste neidiel is it ferlet om twa of trije skieldige draadten tusken it apparaat sels en it oerflak te brûken, om't dus allinich de saneamde parasitêre kapacitânsjes ûnderdrukt wurde kinne.

Lykwols, in frij ferfine skema fan kapasityf sensoren yn dit gefal is it maklik om te negearje, want yn ruil jo krije in ekstreem akkuraat en gefoelige apparaat.

Spesifyk fan ûntwerpen fan sensor

Yn in protte gefallen (fan 'e ûntwerpspunt) is de oprjochting fan sokke apparaten tige problematysk. Dit is spesjaal wier as it nedich is om in sensor mei in variable nivo fan kapasiteit te meitsjen. De praktyk lit lykwols sjen dat in protte problemen hast hielendal oplost wurde troch genoeg kalibraasje en hege karakterisaasjes fan materialen dy't brûkt wurde yn produksje. Meastentiids wurde dizze swierrichheden oanstjoerd troch producenten fan twa sensor sensor.

Yn it algemien, de spesifisiteit fan dit soarte fan mjitten apparaten is dat se kinne wurde fertsjintwurdige as in dimensionless ferhâlding fan twa fysike hoeveelheden (containers) dy't hawwe in sekuere fysike ekspresje en betsjutting. Dêrom kinne se wurde "buisensensors" neamd. It foardiel fan dizze apparaten (har geweldig plus!) Is dat se meastentiids gjin referinsjesmaatregels hawwe yn har ûntwerp, dy't har betrouberens ferbetterje yn werklik ekstreme situaasjes en betingsten.

Eigenskippen fan lineêre ferfetsjeasters

Alle net-elektryske bedraggen, dy't faak nedich binne om yn bedriuwsregelings te kontrolearjen, binne tige ferskaat en multiplisyt. In wichtich ûnderdiel fan maatregels dy't ûnder kontrôle ûnderwerp binne, binne winkelige en sels lineêre ferfetsjes fan ferskate soarten plakken yn romte. As wy in kapsitor brûke dy't in absolút unifoarme elektryske fjild yn 'e wurkjende gat hat, dan is it net sa dreech om elektroanyske sensoren fan' e folgjende twa soarten te meitsjen:

• Yn wêryn it gebiet fan 'e electroden feroaret.
• Dejingen dy't in fariabele gap hawwe tusken dizze elektroanen.

It is maklik om te begripen dat it earste type is meast geskikt foar fixing de echt grutte beweging, wylst mei help fan de twadde ferskaat kin opmurken sels wat lichem beweging yn romte, de wearde dêrfan is gelyk oan mar in pear microns!

Sensoren foar it fêststellen fan de angular ferpleatsing

Yn it algemien, de foarmjouwing en it doel, se hast hielendal gelyk oan de foargeande kontakt type. Similarity is iepenbiere yn it feit dat de sensoren binne elektroden fan in fariabele gebiet moat ek brûkt wurde foar gruttere diminsjes en mei in fariabele ôfstân tusken de elektroden harsels - lyts. Typysk, sokke apparaten binne makke multi sektoroerstiigjende, mei de mooglikheid fan it feroarjen fan it gebiet fan 'e capacitor platen.

Om dit te realisearjen, in earste elektrodes fêst oan de beweechbere pylk yn rotaasje dêr't it feroaret syn posysje relatyf oan de twadde feroaring gebiet dat jout de oerlaap fan de dielectric platen yn 'e capacitor. Fansels, as it opnommen in feroaring yn capacitance.

befinings

Sa wy besprutsen de basis skaaimerken fan it nivo fan it ynstrumint, learden oer harren mêd fan tapassing, oer it ûntwerp funksjes, it prinsipe fan aksje en mooglike technyske oplossings. As jo kinne begripe út it artikel, it foarkommen fan kapasityf sensoren en harren ekstreem hege populariteit is basearre op de tige oantreklike priis fan sokke apparaten en in lange tsjinst libben sels ûnder drege miljeu omstannichheden.

Dit alles is mooglik tank oan it feit dat, út in konstruktyf oogpunt, al dizze meter binne allinne standert capacitors, dy't wurde skaaimerke troch in wat ûngewoane manier fan harren programma. Lykwols, kinne jo en jo út foar dysels, ien kear op 'e nij op syk nei de wiskundige formules dy't yn grutte halen oanslute by de begjinsels kip wurk.