Kapazitiver Sensor: Vorrichtung und Wirkungsweise. Kapazitive Sensoren: Anwendung

Die moderne Industrie und alltäglichen menschlichen Tätigkeiten des Menschen, ist es auch unmöglich, ohne alle Arten von elektronischen Geräten vorstellen. Sie helfen uns, in jeder Hinsicht, und einige Herstellungsschritte gelingt es auszuführen nicht ohne sie. Um diesen „Helfer“ sollte auch einen kapazitiven Sensor.

Sogenannte durch Parametertyp gemacht Wandler. Messung eines Volumens solcher Vorrichtungen wird durch Variation der Kapazität durchgeführt, wenn einige wichtige Parameter ändern. Einfach gesagt, die geschätzte Veränderung der Kapazität unter dem Einfluss von einigen externen Faktoren.

Das Funktionsprinzip des kapazitiven Sensors

Das ist, was die kapazitiven Sensoren. Das Funktionsprinzip sind sie nicht so schwierig, aber es zu verstehen, was Sie brauchen, etwas zu wissen. Zunächst wir das Prinzip der Bestimmung der Kapazität des Kondensators wieder zu verwenden. Diese Aktion wird durch die folgende Formel ausgedrückt:

C = εεₒS / δ.

Dieser Ausdruck ist bekannt, dass viele von der Schule Physik Kurs, aber es würde nicht zu Ihr Gedächtnis aufzufrischen und Rückruf verletzt, die jede der Variablen bedeutet:

• S – Fläche der Kondensatorplatten.
• E – relative Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials in dem Kondensator-Design verwendet.
• εₒ – wie in der Physik bezeichnen Dielektrizitätskonstante des freien Raumes.
• δ – so kann es zwischen den mehreren Materialschichten bezeichnet oder den Dicke der dielektrischen Platte, oder dem Abstandes ist.

So ist aus der obigen Formel, die die Kapazität leicht ändern. Es genügt, irgendwie wirkt auf der Fläche der Platte aus dielektrischem Material, um ein Abstand zwischen den Platten oder direkt mit der Durchlässigkeit bei der Herstellung des Materials verwendet wird. Dementsprechend hängt die Auswahl bestimmten Wertes allein auf der Liste der Aufgaben, die die Gerätedesigner eingestellt haben.

So können wir auch einen kapazitiven Sensor mit den Händen, als konstruktiver Sicht machen es ist – die übliche flache oder zylindrische Kondensator, eine Platte, von denen ständig eine kontrollierte Bewegung im Raum erlebt, die in der Kapazität zu einer Veränderung führt. Es sei daran erinnert, dass die obige Formel gilt nur, wenn Sie völlig Randeffekte vernachlässigen. Wir werden mehr dazu im letzten Abschnitt dieses Artikels sprechen.

Es sollte bekannt sein, daß solche elektronischen Geräte die Winkel- und Linearverschiebungen von Objekten verwendet werden, die Berechnung der Größe in großem Umfang für die Messung, die aufgebrachten Arbeit, Feuchtigkeit, Konzentration der aktiven Substanz und anderer Merkmale. In Bezug auf die strukturellen Aspekte der Frage, wobei dann Ballen aus planparallelen, in zylindrischen Gehäusen mit Stiftelektroden, mit einer Auskleidung aus einem dielektrischen Material, und auch ohne sie.

Hier ist, wie kapazitive Sensoren zu betreiben. Das Prinzip des Betriebes von einigen von ihnen muß im Detail kennen. In diesem Artikel geben wir einige Formeln, die Ihnen nützlich sein können.

Formel das Prinzip des Betriebs bestimmter Typen von Sensoren zu beschreiben,

Füllstandssensor mit einer möglichen Variation des quadratischen dielektrischen Platten ziemlich kann leicht beschrieben unter Verwendung der folgenden Gleichung:

C = εεₒaH / δ.

Mit „X“ in diesem Fall bezieht sich auf die Länge der Überlappung der Elektroden verwendet. Entsprechend bezeichnet „a“ die Breite der Platten des Kondensators. Es sei darauf hingewiesen, dass solche Geräte in verschiedenen Bereichen der Industrie angewandt worden, wo sie für eine genaue Messung der Winkelwerte verwendet werden. Kapazität des Wandlers in einem solchen Fall ist durch den folgenden Ausdruck gefunden:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Um die Empfindlichkeit genau zu messen, sollten Sie eine etwas andere Formel verwenden:

K = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ.

Lassen Sie uns sehen, was von diesen Variablen gemeint ist, die Teil dieser Gleichungen sind:

• r₁ – Innenradius der Kondensatorplatten;
• r₂ – Außenradius der gleichen Platte;
• φ – im Moment (actual) Wert des Überlappungswinkels gemessen wird;
• φₒ – der Anfangswert des Überlappungswinkels.

Schließlich erklären wir den mathematischen Ausdruck, die das Funktionsprinzip des kapazitiven Messgeräts mit einstellbarem Luftspalt beschreibt:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Vorhersagbar, δₒ ein primärer Zwischenraum verstanden, der Buchstabe X die Menge an Verschiebung der Platte. Beachten Sie! Da statische Eigenschaften nicht streng linear sind, typischerweise der Pegelsensor des Typs verwendet, um sehr kleine Verschiebungen zu messen, die die Menge 0,1δₒ nicht übersteigen. Natürlich sind diese Geräte sehr in der Feinmechanik gefordert, wo auch kleinere Fehler ganz zu ernsthaften Problemen führen kann.

Wo können sie verwendet werden?

Mögliche Bereiche der Anwendung sind äußerst vielfältig. So wird in nahezu alle Branchen, die im Betrieb gerecht zu werden, die von diesen Geräten gesteuert werden. Sie werden verwendet, um die Füllung der verschiedenen Tanks zu steuern, und deren Inhalte können flüssige, gasförmige oder partikel (Gas-Sensor) sein.

Die Prävalenz von Industrie- und normaler menschlicher industrieller Aktivität höher, zuverlässige und einfacher solche Geräte zu entwerfen. Aus der Kombination dieser Symptome, sie sind so gut, dass sie auch bei extrem aggressiven Bedingungen verwendet werden können, hält Öltanker.

Darüber hinaus kann der kapazitive Sensor als Endschalter auf der Förderstrecke oder Maschinenfertigungsbetrieb verwendet werden. Es ist notwendig und für die genaueste Positionierung verschiedenen Mechanismen.

Näherungssensoren

Aber jetzt in dem großen Nachfrage Näherungssensoren, die aus genau dem gleichen Prinzip hergestellt werden. Die Bandbreite ihrer Verwendung ist noch breiter. Dies ist auf den Cent Kosten-Geräte, die praktisch alle Arten von Industrie arbeiten in kann. Allerdings gibt es typische Industrie, wo diese Art von Geräten sind die beliebtesten:

• Die Steuerung des fluidgefüllten transparenten Behälters aus Kunststoff oder Glas.
• Eine ähnliche Funktion wird von ihnen bei der Herstellung von Lebensmittelprodukten (einschließlich Kindern) durchgeführt, in denen das fertige Produkt in Behältern aus transparenten Materialien verpackt ist. Auf dem gleichen Prinzip beruhen und die Arbeit des Ballens als kapazitiver Kraftstoffsensor.
• Für explosionsgefährdete Bereiche Überwachung, wenn möglich, Wickeldraht gebrochen.
• Kontrollieren Sie ähnliche Orte, an denen der Träger Förderband beschädigt werden könnten.
• steuert individuell die Art von Produkten, hergestellt (Umwandlung von Dosen, Flaschen, Verpackungen).

Es überrascht nicht, diese elektronischen Geräte sind die am häufigsten in der Feinwerktechnik, Energieerzeugung und vielen anderen Branchen Vielzahl von Sensoren.

Neigungssensoren

Geräte, die nur weit verbreitet in den letzten Jahren relativ geworden sind kleine kapazitive Inklinometer Übertragungs elektrisches Ausgangssignal bereitstellt, dessen Größe ist, um den Winkelsensor verwendet, direkt proportional.

Die häufigste Haupteinsatzgebiet dieser Vorrichtungen: Plattformausrichtungssystem, Bestimmung der Durchbiegung und Verformung der verschiedenen Arten von technischen Stützbalken sowie eine präzise Steuerung des Straßen-, Eisenbahnspurabweichung auf der Stufe ihrer Konstruktion.

Darüber hinaus bestimmen unter Verwendung solcher Vorrichtungen die Rolle von Schwerlastkraftwagen und anderen Fahrzeugen, Aufzügen und Industrie Baggern und ermitteln den Grad der Winkelverschiebung für landwirtschaftliche und industrielle Maschinen besonders groß.

Sehr wichtig kapazitive Sensoren Kraftstoffstand in der Ölindustrie. Sie werden auch in den Supertanker verwendet, die in einer Reise Zehn- und Hunderttausende von Tonnen von raffinierten Ölprodukten führen. Diese Geräte sind äußerst effektiv sogar in sehr reichlich Bildung von Kondensat und einem hohen Maß an Staubproduktionsfläche (das gleiche Gassensor).

Sie finden ihren Einsatz in den Messwerten der absoluten und relativen Druckwerte sowie die Dicke des dielektrischen Materials, das in nahezu allen Branchen extrem wichtig ist, wo wirklich leistungsfähige Kondensatoren verwendet werden.

Die wichtigsten Vorteile der kapazitiven Sensoren

Es soll beachtet werden, dass der kapazitive Sensor hat viele Vorteile im Vergleich zu ähnlichen Geräten, die auf etwas unterschiedlichen Prinzipien gebildet werden. Lassen Sie uns die wichtigsten Vorteile dieser kip Liste:

• Bei der Herstellung sind sie extrem einfach. Darüber hinaus sind die meisten einfachen und billigen Materialien können in ihrer Herstellung verwendet werden. Auch kapazitive Kraftstoffniveausensoren in der Erdölindustrie wichtigen Objekten verwendet wurden, haben extrem geringe Größe das niedrigstmöglichen Niveau des Verbrauchs an elektrischer Energie. Mit all diesen Eigenschaften, unterscheiden sie sich hervorragendes Niveau der Empfindlichkeit, die für die teureren Geräte oft unerreichbar ist.
• Grundsätzlich kann es ein kapazitiver Sensor mit den Händen, da seine Basis mit mehr oder weniger zuverlässige und qualitativ hochwertige Industrie Kondensator.
• Die Kontakte, die sie haben (sehr selten verwendet einen Stromkollektor), die in den Bedingungen hoher Feuchtigkeit und Staub auf die Arbeit extrem vorteilhaft ist.
• extrem lange Lebensdauer, schafft die Einheit immer wieder „zurückzuerobern“ ihre niedrig Kosten. Dementsprechend wird der kapazitive Sensor (der Preis davon im Bereich 1200-1700 Rubel) ist extrem profitable Akquisition.
• Für den beweglichen Teil der Vorrichtung bewegt wird benötigt, um überraschend wenig Mühe.
• Das Gerät ist sehr einfach, mit fast allen Kategorien von Geräten zu kombinieren, die nur in der industriellen Aktivitäten verwendet wird.

negative Aspekte

Leider hat jeder kapazitiven Sensor bestimmte Nachteile, die zu einem gewissen Grad die weit verbreitete Verwendung dieser Art von Geräten erschweren. Wir führen sie im Detail:

• Umrechnungsfaktor (d.h. Übertragung) ist relativ gering.
• Kleine Größe und Einfachheit des Designs tragen dazu bei, dass die recht hohe Anforderungen an die Qualität der Screening-Geräte nominiert.
• Guter kapazitiver Füllstandssensor (und andere ähnliche Messgeräte) arbeiten können effektiv nur bei einer Frequenz viel höher ist als der Standardwert von 50 Hz.

wichtige Hinweise

Jedoch ist alles nicht so schlimm. Viele Hersteller suchen hervorragende Abschirmung Eigenschaften der Sensoren durch geringfügige Änderungen in ihrer Struktur. Wie für die Häufigkeit der Verwendung in der Praxis zeigen, dass sie hervorragende Ergebnisse in breiten industriellen Wert von 400 Hz.

Wir haben bereits über Treue zum Grundformel gesprochen nur, wenn der Kanteneffekt zu ignorieren. Aber es ist gut zu wissen, dass es wirklich einen negativen Effekt nur für den Fall hat, dass der Abstand zwischen den dielektrischen Platten zu ihrer eigenen Größe vergleichbar ist. Darüber hinaus kann der negativer Effekt weitgehend neutralisieren wird einfach den Schutzring verwendet wird. In diesem Fall übertragen die Auswirkungen der Grenzeffekte nicht weit über die verwendeten Platten.

Wieder einmal stellen wir fest, dass die gleichen Drucksensoren durch eine bemerkenswerte Einfachheit auszeichnen, die Ihnen eine wunderbar stabil, langlebig und Low-Cost-Struktur erstellen können. Wenn Sie die richtigen geometrischen Abmessungen verwendet Dielektrikum wählen wird bei der Herstellung eines solchen Kondensatormaterialien verwendet werden, nicht besonders besorgt.

Somit korrekt die Metallstempel für die Herstellung des Sensorgehäuses Aufnehmen, ist es praktisch vernachlässigbar, selbst starke Temperaturschwankungen, die zu einer Veränderung der Kapazität der Vorrichtung und ihre unzureichenden Ablesungen führen könnten. Natürlich ist dies nicht die Notwendigkeit vermeidet gründlich isoliert Drucksensoren und andere Indikatoren von aggressiven Umwelteinflüssen durchzuführen. Trotz ihrer Einfachheit kann eine hohe Luftfeuchtigkeit und erhöhten Strahlung negativ auf die Zuverlässigkeit des Gerätes beeinflussen.

Klassifizierung von Sensoren

In der industriellen Verfahren zu ihrer Herstellung können Sie alle Arten von Sensoren in zwei große Gruppen hergestellt teilen: odnoemkostnye und dvuhemkostnye. Die letztere Art ist in Differential- und poludifferentsialnye unterteilt. Betrachten wir sie genauer.

Odnoemkostny Gerät. In diesem Fall kann die kapazitive Sensorschaltung extrem einfach, da ihr Hauptteil ist der häufigste Kondensators mit variabler Kapazität. Leider haben auch eine leicht erhöhte Feuchtigkeit und Temperatur auf die Genauigkeit der Angaben sehr konkrete Auswirkungen. Aus diesem Grund gibt es verschiedene Sensoren oft Fehlfunktion. Um die Größenordnung solcher Fehler zu neutralisieren, ist es notwendig, differenzierte Struktur zu verwenden.

Dvuhemkostny Sensor. Eigentlich ist es nur eine solche differenzierte Struktur. Oft ist es möglich, die kapazitive Füllstandssensor wird hergestellt durch eine solche Regelung zu treffen. Diese Geräte werden von den wichtigsten Nachteile des bisherigen Modells geliefert, aber haben ihre eigenen Schwächen. Der signifikanteste Nachteil ist die Notwendigkeit, zwei oder drei abgeschirmten Drähte zwischen dem Gerät selbst zu verwenden, und der Oberfläche, da nur auf diese Weise die sogenannte parasitäre Kapazität zu unterdrücken.

Allerdings ist ein ziemlich anspruchsvolles Schema von kapazitiven Sensoren in diesem Fall ist es einfach zu ignorieren, weil im Gegenzug Sie ein extrem genaues und empfindliches Gerät.

Konstruieren Sensoren Spezifität

In vielen Fällen (aus der Sicht des Designs) die Schaffung solcher Einrichtungen ist problematisch. Dies gilt insbesondere, wenn Sie einen Sensor mit variabler Kapazitätsniveaus erstellen möchten. Allerdings zeigt die Erfahrung, dass viele der Probleme in der Produktion fast vollständig genaue Kalibrierung und Hochleistungsmaterialien verwendet wird gelöst. Die meisten dieser von den Herstellern Schwierigkeiten dvuhemkostnyh Sensoren.

Im Allgemeinen wird die Spezifität dieser Art von Messvorrichtungen ist , dass sie als ein dimensionslose Verhältnis von zwei physikalischen Größen dargestellt werden können (Behälter) , die eine genaue physikalische Expression und Bedeutung hat. Damit sie sicher bezeichnet werden kann „untersucht die Beziehung.“ Der Vorteil dieser Geräte (sie großes Plus!) Ist, dass sie im Allgemeinen nicht in seinem Design einige Standard-Maßnahmen haben können, die Zuverlässigkeit kühl in wirklich extremen Situationen und Bedingungen verbessert.

Charakterisierung von Längenmessgeräte

Alle nicht-elektrische Werte, die erforderlich ist, oft in einer industriellen Umgebung zu steuern, es ist äußerst vielfältig und facettenreich. Ein wesentlicher Teil der Maßnahmen, die strengen Kontrollen unterliegen, machen rotatorische und lineare Bewegungen sogar verschiedene Arten von Oberflächen im Raum. Wenn Sie einen Kondensator verwenden, die absolut gleichmäßiges elektrisches Feld in der Lücke hat, ist es nicht so schwierig, elektronische Sensoren zwei der Typen:

• In dem Bereich der Elektroden variabel ist.
• Diejenigen, die eine variable Lücke zwischen den Elektroden.

Es ist leicht zu verstehen, dass der erste Typ am besten geeignet ist, die wirklich große Bewegung für die Befestigung, während die zweite Art verwendet, kann sogar einige Körperbewegungen im Raum wahrgenommen werden, deren Wert gleich nur wenige Mikrometer!

Sensoren zur Bestimmung der Winkelverschiebung

In der Regel nach Design und Zweck, sie fast völlig identisch mit dem vorhergehenden Kontakttyp. Ähnlichkeit wird in der Tatsache zum Ausdruck, dass die Sensoren Elektroden eines variablen Bereichs sollte auch für größere Abmessungen und mit einem variablen Abstand zwischen den Elektroden selbst verwendet werden – klein. Typischerweise werden solche Vorrichtungen mit mehreren Abschnitten, mit der Möglichkeit der Veränderung der Fläche der Kondensatorplatten.

Um dies zu erreichen, eine erste Elektrode an die bewegliche Welle in Rotation fixierte, die er seine Position relativ zu dem zweiten Änderungsbereich ändert, daß die Überlappung der dielektrischen Platten in dem Kondensator zur Verfügung stellt. Natürlich, wenn es aufgezeichnet eine Änderung der Kapazität.

Befund

So diskutierten wir die grundlegenden Eigenschaften der Ebene des Instruments gelernt über ihre Anwendungsbereiche, über die Design-Merkmale, die Wirkungsprinzip und mögliche technische Lösungen. Wie Sie aus dem Artikel verstehen können, ist die Prävalenz von kapazitiven Sensoren und ihre extrem hohe Popularität auf dem sehr attraktiven Preis solcher Geräte und eine lange Lebensdauer auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen.

All dies ist möglich dank der Tatsache, dass aus konstruktiver Sicht ist all diese Meter sind nur Standard-Kondensatoren, die durch eine etwas ungewöhnliche Art und Weise ihrer Anwendung auszeichnen. Sie können jedoch auch für sich selbst herausfinden, wieder in den mathematischen Formeln suchen, der im Großen und Ganzen die Prinzipien der Arbeit pennen reflektieren.