Pojemnościowy czujnik: aparatura i zasada działania. Czujniki pojemnościowe: aplikacja

Nowoczesny przemysł i codzienne ludzkie działania człowieka, zbyt, to trudno sobie wyobrazić bez wszelkiego rodzaju urządzeń elektronicznych. Pomagają nam w każdy możliwy sposób, a niektóre operacje wytwarzania wykonać nie uda bez nich. Do tych „pomocników” powinna również zawierać czujnik pojemnościowy.

Tzw przetworniki wykonane według typu parametrycznego. Pomiar objętości tych urządzeń odbywa się za pośrednictwem zmian pojemności przy zmianie niektórych ważnych parametrów. Mówiąc najprościej, szacowaną zmianę pojemności pod wpływem pewnych czynników zewnętrznych.

Zasada działania czujnika pojemnościowego

To właśnie czujników pojemnościowych. Zasada działania nie są tak trudne, ale aby to zrozumieć trzeba coś wiedzieć. Na początek przypomnimy zasadę ustalania pojemności kondensatora. Działanie to jest wyrażona za pomocą następującego wzoru:

C = εεₒS / δ.

To wyrażenie jest znany wielu z kursu fizyki szkolnych, ale nie zaszkodzi odświeżyć swoją pamięć i przypomnieć, co oznacza każda ze zmiennych:

• S – pole powierzchni płytki kondensatora.
• E – względna przenikalność materiału dielektryku projektowania kondensatora.
• εₒ – podobnie jak w fizyce do określenia przenikalność wolnej przestrzeni.
• δ – tak że można określić czy grubość płyty dielektrycznej, lub odległość między kilkoma warstwami materiału.

Tak więc, z powyższym wzorem, który zmienia pojemność łatwo. Wystarczy, że w jakiś sposób działać na powierzchni płyty z materiału dielektrycznego, odległość pomiędzy płytkami lub bezpośrednio przepuszczalności stosuje się w wytwarzaniu materiału. W związku z tym wybór konkretnej wartości zależy wyłącznie na listę zadań, które zostały ustawione projektanci urządzeń.

Tak więc, możemy nawet zrobić czujnik pojemnościowy z rąk, jak konstruktywny punktu widzenia to jest – zwykłej płaskiej lub cylindrycznej kondensatora, z których jedna płyta jest stale doświadcza kontrolowany ruch w przestrzeni, co prowadzi do zmiany pojemności. Należy pamiętać, że powyższa formuła jest ważna tylko wtedy, gdy są całkowicie zaniedbując efekty krawędzi. Porozmawiamy o tym w ostatniej części tego artykułu.

Należy wiedzieć, że takie urządzenia elektroniczne są szeroko stosowane do pomiaru przemieszczenia kątowe i liniowe obiektów, obliczanie rozmiaru, stosowane pracy, wilgotność, stężenie substancji czynnej i innych cech. W odniesieniu do cech strukturalnych mowa, wówczas mówi bele są płasko-równolegle w obudowie z cylindrycznych elektrod stykowych, z wykładziną z materiału dielektrycznego, a nawet bez niej.

Oto jak działają czujniki pojemnościowe. Zasada działania niektórych z nich trzeba znać w najdrobniejszych szczegółach. W tym artykule podajemy kilka wzorów, które mogą być przydatne dla Ciebie.

Formuła opisać zasadę działania niektórych rodzajów czujników

Czujnik poziomu z możliwych odmian placu płyty dielektrycznej może być dość łatwo opisać za pomocą następującego równania:

C = εεₒaH / δ.

„X” w tym przypadku odnosi się do długości zakładki elektrod stosowanych. Odpowiednio, „A” oznacza szerokość płytkami kondensatora. Należy zauważyć, że takie urządzenia były stosowane w różnych gałęziach przemysłu, gdzie są używane do dokładnego pomiaru wartości kątowych. Zdolność do przetwornika, w tym przypadku znajduje się na podstawie następującego wzoru:

C = εεₒ (r₂- Ri) / 2δ * (φₒ-φ).

W celu dokładnego zmierzenia czułości, należy użyć nieco inną formułę:

K = εεₒ (r₂- Ri) / 2δ.

Zobaczmy, co się rozumie przez tych zmiennych, które są częścią tych równań:

• Ri – promień wewnętrzny płytek kondensatora;
• Rg – zewnętrzny promień samą płytkę;
• φ – mierzona w (rzeczywistego), wartość momentu kąt pokrycia;
• φₒ – początkowa wartość kąta nakładania.

Wreszcie możemy wyjaśnić wyrażenie matematyczne opisujące zasadę działania pojemnościowego miernika z regulowaną szczeliną powietrzną:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Zgodnie z przewidywaniami, pierwotnego luz δₒ rozumieć litery X są takie same wielkość przemieszczenia płyty. Zwrócić uwagę! Ponieważ właściwości statycznych nie są całkowicie liniowe, zazwyczaj czujnik poziomu w rodzaju stosowanych do pomiaru bardzo małe przemieszczenia, które nie przekraczają 0,1δₒ ilości. Naturalnie, urządzenia te są bardzo poszukiwane w inżynierii precyzyjnej, gdzie nawet drobne błędy mogą spowodować bardzo poważne problemy.

Gdzie można je stosować?

Zakres możliwych zastosowań są bardzo zróżnicowane. Tak więc w praktycznie wszystkie gałęzie przemysłu mogą sprostać operacji, które są kontrolowane przez te urządzenia. Są one wykorzystywane do regulacji napełniania różnych zbiornikach, a ich zawartość może być ciekły, gazowy lub w postaci cząstek (czujnik gazu).

Częstość występowania aktywności ludzkiej przemysłowe i normalnym jest większy, bardziej niezawodne i łatwiejsze do zaprojektowania takich urządzeń. Z kombinacji tych objawów, są one tak dobre, że można je stosować nawet w skrajnie agresywnych warunkach trzyma tankowców.

Ponadto, czujnik pojemnościowy może być stosowany jako łącznik krańcowy przenośnika na linii produkcyjnej albo urządzenia sklepu. Jest to konieczne, a dla najbardziej dokładne pozycjonowanie różnych mechanizmów.

czujniki zbliżeniowe

Ale teraz duże zapotrzebowanie czujników zbliżeniowych, które są wykonane z dokładnie tej samej zasadzie. Zakres ich stosowania jest jeszcze szerszy. Wynika to z urządzeniami kosztów grosza, które mogą pracować w praktycznie wszystkich rodzajów przemysłu. Jednakże, istnieje typowy przemysł, gdzie tego typu urządzenia są najbardziej popularne:

• Kontrola przezroczystych pojemników wypełnionych płynem wykonanych z tworzywa sztucznego lub szkła.
• Podobna funkcja ta jest wykonywana przez nie w wytwarzaniu produktów spożywczych (w tym dzieci), jeżeli produkt końcowy pakuje się w pojemniki wykonane z przezroczystych materiałów. Na tej samej zasadzie w oparciu i pracach beli pojemnościowego czujnika paliwa.
• Za monitorowanie obszarów niebezpiecznych, w miarę możliwości przerwania przewodu uzwojenia.
• Kontrolowanie podobnych miejsc, gdzie przewoźnik taśmociąg może być uszkodzone.
• Indywidualnie sterować rodzaj produktów wytwarzanych (konwersja puszki, butelki, opakowania).

Nic dziwnego, że te urządzenia elektroniczne są najbardziej powszechne w inżynierii precyzyjnej, energetyce i wielu innych branżach różnych czujników.

inklinometry

Urządzenia, które stały się powszechne w miarę nowych lat są małych rozmiarów pojemnościowy inklinometr zapewnienie transmisji elektryczny sygnał wyjściowy, którego wielkość jest wprost proporcjonalna do czujnika kąta używany.

Najczęstszym głównym obszarem zastosowania tych urządzeń: systemowe Platforma wyrównanie, wyznaczanie ugięcia i odkształcenia różnego rodzaju belek wsparcia technicznego, a także precyzyjną kontrolę drogi, odchylenie toru kolejowego na etapie ich budowy.

Ponadto, stosując takie urządzenia określenia rolkę ciężarówek oraz innych pojazdów, podnośników i koparek przemysłowych i ustalenie stopnia kątowego przemieszczenia dla maszyn rolniczych i przemysłowych, szczególnie duży.

Bardzo ważne pojemnościowe czujniki poziomu paliwa w przemyśle naftowym. Są one stosowane nawet w supertankers które przenoszą w jednej dziesiątki podróży i setek tysięcy ton produktów rafinacji ropy naftowej. Urządzenia te są bardzo skuteczne, nawet w bardzo obfite powstawanie kondensatu i wysokiego stopnia obszaru produkcyjnego pyłu (ten sam czujnik gazu).

Kowalski ich zastosowanie w wartości pomiaru bezwzględnych i względnych poziomów ciśnienia, jak również grubość materiału dielektrycznego, co jest niezwykle ważne w niemal wszystkich gałęziach przemysłu, gdzie stosowane są naprawdę potężne kondensatory.

Główne korzyści z czujników pojemnościowych

Należy zauważyć, że czujnik pojemnościowy ma wiele zalet w porównaniu z podobnymi urządzeniami, które są tworzone na nieco innych zasadach. Załóżmy wymienić główne zalety tych KIP:

• W produkcji, są niezwykle proste. Ponadto, najbardziej proste i tanie materiały mogą zostać użyte do ich produkcji. Nawet czujniki pojemnościowe poziomu paliwa stosowane w ważnych obiektach przemysłu naftowego mają niezwykle skromny rozmiar mają najniższy możliwy poziom zużycia energii elektrycznej. Z wszystkich tych właściwości, różnią się doskonały poziom wrażliwości, co często jest nieosiągalne dla droższych urządzeń.
• W zasadzie może to być czujnik pojemnościowy z rąk, używając jako podstawy mniej lub bardziej niezawodne i wysokiej jakości kondensatorów przemysłowej.
• Styki mają one (bardzo rzadko stosowane kolektor prądu), co jest niezwykle korzystne dla pracy w warunkach wysokiej wilgotności i kurzu.
• bardzo długa żywotność, jednostka wielokrotnie udaje się „odzyskać” ich niski koszt. W związku z czujnika pojemnościowego (których cena mieści się w przedziale 1200-1700 rubli) jest niezwykle opłacalna nabycie.
• Do przemieszczania ruchomej części urządzenia, jest wymagane, aby zaskakująco niewiele wysiłku.
• Urządzenie jest bardzo łatwe łączenie z prawie wszystkich kategorii urządzeń, które są wykorzystywane wyłącznie w działalności przemysłowej.

negatywne aspekty?

Niestety, każdy czujnik pojemnościowy ma pewne wady, które w pewnym stopniu komplikują powszechne stosowanie tego typu urządzeń. Podajemy je bardziej szczegółowo:

• Współczynnik konwersji (to znaczy transmisji) jest stosunkowo niska.
• Małe rozmiary i prostota projektu przyczyni się do tego, że nominowany dość wysokie wymagania dotyczące jakości urządzeń przesiewowych.
• Dobry czujnik poziomu pojemnościowy (i inne podobne przyrządy pomiarowe) może skutecznie działać jedynie na częstotliwości znacznie wyższej od standardowej wartości 50 Hz.

ważne uwagi

Jednak nie wszystko jest tak źle. Wielu producentów szukać doskonałe właściwości ekranowania czujników dokonując niewielkich zmian w ich strukturze. Co do częstotliwości użycia, w praktyce wykazują one doskonałe wyniki w powszechnym wartości przemysłowej 400 Hz.

Mówiliśmy już o lojalności wobec wzoru podstawowego tylko wtedy, ignorując efekt krawędzi. Ale warto wiedzieć, że może rzeczywiście mieć negatywny wpływ jedynie w przypadku, gdy odległość pomiędzy płytkami dielektryka jest porównywalna do własnej wielkości. Ponadto negatywny wpływ może być w dużym stopniu zneutralizować po prostu za pomocą pierścienia zabezpieczającego. W tym przypadku wpływ efektów granicznych nie może przenieść daleko poza używanych płyt.

Po raz kolejny możemy zauważyć, że te same czujniki ciśnienia charakteryzują się niezwykłą prostotą, a który pozwala na tworzenie wspaniale stabilną, trwałą i tanią konstrukcję. Jeśli wybierzesz odpowiednie wymiary geometryczne stosowane dielektryk jest stosowany w produkcji materiałów takiego kondensatora nie może szczególnie zmartwiony.

Zatem słusznie podnosząc metalową pieczęć do produkcji obudowy czujnika, jest praktycznie pomijalne nawet silne wahania temperatury, które mogłyby prowadzić do zmiany pojemności urządzenia i jego niewłaściwych odczytów. Oczywiście, to nie zwalnia z konieczności wykonywania dokładnych czujników ciśnienia oraz inne izolowane takich wskaźników agresywnych czynników środowiskowych. Pomimo swojej prostoty, wysoka podwyższone poziomy promieniowania wilgotności i może mieć negatywny wpływ na niezawodność działania urządzenia.

Klasyfikacja czujników

Stosowane w procesach przemysłowych do ich produkcji pozwalają udostępniać wszystkie rodzaje czujników produkowanych na dwie duże grupy: odnoemkostnye i dvuhemkostnye. Ten ostatni rodzaj jest podzielony na różnicowym i poludifferentsialnye. Rozważmy je bardziej szczegółowo.

Odnoemkostny urządzenie. W tym przypadku czujnik pojemnościowy obwód niezwykle proste, ponieważ ich główną częścią jest najczęstszą kondensator o zmiennej pojemności. Niestety, nawet nieznacznie wzrosła wilgotność i temperatura mają na dokładność oznaczeń bardzo konkretny wpływ. Z tego powodu istnieją różne czujniki często usterka. Aby zneutralizować wielkość takich błędów, konieczne jest użycie zróżnicowane struktury.

Czujnik Dvuhemkostny. Właściwie, to tylko taka zróżnicowana struktura. Jest to często można spotkać pojemnościowy czujnik poziomu jest produkowany przez takiego programu. Urządzenia te są dostarczane z głównych wad poprzedniego modelu, ale mają swoje słabe strony. Najbardziej znaczącą wadą jest konieczność stosowania dwóch lub trzech ekranowanych przewodów pomiędzy samego urządzenia, a powierzchnia, ponieważ tylko w ten sposób można zahamować tzw pojemność pasożytniczą.

Jednak dość wyrafinowany system czujników pojemnościowych w tym przypadku nie jest łatwo zignorować, ponieważ w zamian uzyskać niezwykle dokładne i czułe urządzenia.

Czujniki konstruowaniu Specyfika

W wielu przypadkach (z punktu widzenia projektowego) tworzenie takich urządzeń jest problematyczne. Jest to szczególnie ważne, gdy chcemy stworzyć czujnik ze zmiennymi poziomami pojemności. Doświadczenie pokazuje jednak, że wiele problemów rozwiązuje się prawie całkowicie dokładna kalibracja i wysokie osiągi materiały stosowane w produkcji. Najczęściej te trudności napotykane przez producentów dvuhemkostnyh czujników.

Na ogół, specyficzność tego rodzaju urządzeń pomiarowych, jest to, że mogą one być przedstawiane jako bezwymiarowy stosunek dwóch wielkości fizycznych (pojemniki), które mają precyzyjne ekspresji fizyczne i znaczenie. Tak, że mogą być bezpiecznie nazwie „bada związek.” Zaletą tych urządzeń (im ogromny plus!) Jest to, że na ogół nie może mieć w swojej konstrukcji pewnych standardowych środków jest cool zwiększa niezawodność w naprawdę ekstremalnych sytuacjach i warunkach.

Charakterystyka liniałów

Wszystkie wartości nieelektryczne, które jest często wymagane do sterowania w środowisku przemysłowym, jest niezwykle zróżnicowany i wieloaspektowy. Znaczna część środków, które podlegają ścisłej kontroli, dokonać przesunięć kątowych i liniowych nawet różne rodzaje powierzchni w przestrzeni. Jeśli używasz kondensator, który ma absolutnie jednolitego pola elektrycznego w szczelinie, to nie jest tak trudne, aby czujniki elektroniczne dwa z następujących typów:

• W którym powierzchnia elektrod jest zmienna.
• Ci, którzy mają zmienny odstęp między elektrodami.

Łatwo jest zrozumieć, że pierwszy typ jest najbardziej odpowiednia do mocowania naprawdę duży ruch, a za pomocą drugiego różnorodność można zaobserwować nawet jakiś ruch ciała w przestrzeni, których wartość jest równa zaledwie kilku mikronów!

Czujniki do wyznaczania przemieszczenia kątowego

W ogóle, według projektu i celu, prawie całkowicie identyczny z poprzednim typu kontaktowego. Podobieństwo przejawia się w tym, że czujniki są elektrody obszaru zmiennej powinny być używane do większych wymiarach i zmiennej odległości między samymi elektrodami – małe. Zwykle tego rodzaju urządzenia są wielo-segmentowa z możliwością zmieniania powierzchni płytek kondensatora.

W tym celu, pierwsza elektroda zamocowana do ruchomego wału obrotowej które zmienia swoje położenie w stosunku do drugiego obszaru zmiany zapewniające nakładania płyt dielektryczny kondensatora. Naturalnie, kiedy to odnotowano zmianę pojemności.

odkrycia

Więc omówiliśmy podstawowe cechy poziomu instrumentu, dowiedział się o miejsca ich stosowania, o cechach konstrukcyjnych, zasady działania i możliwych rozwiązań technicznych. Jak można zrozumieć z artykułu, występowania czujników pojemnościowych i ich niezwykle wysoką popularność opiera się na bardzo atrakcyjne ceny takich urządzeń i długą żywotność nawet w trudnych warunkach środowiskowych.

Wszystko to jest możliwe dzięki temu, że z punktu widzenia konstruktywnego, wszystkie te liczniki są tylko standardowe kondensatory, które charakteryzują się nieco nietypowy sposób ich stosowania. Można jednak i przekonaj się, znów patrząc na matematycznych formuł, które zasadniczo odzwierciedlają zasady kip pracy.