Điện dung cảm biến: bộ máy và nguyên tắc hoạt động. Cảm biến điện dung: Ứng dụng

ngành công nghiệp hiện đại, và hoạt động của con người hàng ngày cũng vậy, nó là không thể tưởng tượng mà không cần tất cả các loại thiết bị điện tử. Họ giúp chúng tôi bằng mọi cách, và một số hoạt động sản xuất để thực hiện không thành công nếu không có họ. Đối với những "người giúp đỡ" cũng nên bao gồm một cảm biến điện dung.

Vì vậy, gọi là bộ chuyển đổi được thực hiện theo loại tham số. Đo khối lượng thiết bị như vậy được thực hiện thông qua các biến thể của điện dung khi thay đổi một số thông số quan trọng. Đơn giản chỉ cần đặt, thay đổi ước tính trong dung dưới ảnh hưởng của một số yếu tố bên ngoài.

Nguyên tắc hoạt động của bộ cảm biến điện dung

Đó là những gì các cảm biến điện dung. Nguyên tắc hoạt động họ không quá khó khăn, nhưng để hiểu nó, bạn cần phải biết một cái gì đó. Để bắt đầu với chúng ta nhớ lại nguyên tắc xác định điện dung của tụ điện. Hành động này được thể hiện theo công thức sau:

C = εεₒS / δ.

Biểu thức này được biết đến nhiều từ quá trình vật lý học, nhưng nó sẽ không làm tổn thương để làm mới bộ nhớ và thu hồi của bạn, có nghĩa là mỗi người trong số các biến:

• S - diện tích các tấm tụ điện.
• E - permittivity tương đối của các vật liệu điện môi được sử dụng trong thiết kế tụ điện.
• εₒ - như trong vật lý để biểu thị permittivity không gian miễn phí.
• δ - vì vậy nó có thể được chỉ định hoặc độ dày của tấm điện môi, hoặc khoảng cách giữa nhiều lớp vật liệu.

Như vậy, từ công thức trên mà điện dung thay đổi một cách dễ dàng. Nó đủ bằng cách nào đó hoạt động trên diện tích của tấm vật liệu điện môi, khoảng cách giữa các tấm hoặc trực tiếp với khả năng thấm được sử dụng trong sản xuất các vật liệu. Theo đó, việc lựa chọn các giá trị cụ thể phụ thuộc hoàn toàn vào danh sách các nhiệm vụ mà các nhà thiết kế thiết bị đã được thiết lập.

Do đó, chúng tôi thậm chí có thể làm cho một cảm biến điện dung với bàn tay của bạn, như là một điểm mang tính xây dựng của xem nó là - thông thường tụ phẳng hoặc hình trụ, một tấm trong số đó là liên tục trải qua một phong trào kiểm soát trong không gian, dẫn đến một sự thay đổi trong dung. Nên nhớ rằng công thức trên chỉ có giá trị nếu bạn đang hoàn toàn bỏ qua các hiệu ứng cạnh. Chúng ta sẽ nói thêm về điều này trong phần cuối cùng của bài viết này.

Nên biết rằng các thiết bị điện tử như được sử dụng rộng rãi để đo chuyển vị góc và tuyến tính của các đối tượng, tính toán kích thước, công việc áp dụng, độ ẩm, nồng độ hoạt chất và đặc điểm khác. liên quan đến các khía cạnh cấu trúc của câu hỏi, sau đó nói kiện được thực hiện song phẳng, trong vỏ hình trụ với các điện cực pin, với một lớp lót của một vật liệu điện môi, và thậm chí nếu không có nó.

Dưới đây là làm thế nào để hoạt động cảm biến điện dung. Nguyên tắc hoạt động của một số trong số họ cần phải biết rất chi tiết. Trong bài viết này, chúng tôi đưa ra một số công thức có thể hữu ích cho bạn.

Công thức để mô tả các nguyên tắc hoạt động của một số loại cảm biến

cảm biến mực với sự thay đổi có thể có của hình vuông tấm điện môi có thể khá dễ dàng mô tả bằng phương trình sau:

C = εεₒaH / δ.

Bởi dấu "X" trong trường hợp này đề cập đến chiều dài của sự chồng chéo của các điện cực được sử dụng. Theo đó, "một" biểu thị chiều rộng của tấm của tụ điện. Cần lưu ý rằng các thiết bị đó đã được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau của ngành công nghiệp, nơi mà chúng được sử dụng để đo lường chính xác các giá trị góc. năng lực của bộ chuyển đổi trong trường hợp này được tìm thấy bởi các biểu hiện sau:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Để đo chính xác độ nhạy, bạn nên sử dụng một công thức hơi khác nhau:

K = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ.

Chúng ta hãy xem những gì có nghĩa là các biến là một phần của các phương trình:

• r₁ - bán kính bên trong của tấm bình ngưng;
• r₂ - bán kính ngoài của tấm tương tự;
• φ - đo tại thời điểm (thực tế) giá trị của góc chồng chéo;
• φₒ - các giá trị ban đầu của góc chồng chéo.

Cuối cùng, chúng tôi giải thích các biểu thức toán học mô tả các nguyên tắc hoạt động của máy đo điện dung với khoảng cách không khí có thể điều chỉnh:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Có thể đoán được, một giải phóng mặt bằng chính δₒ hiểu, chữ X là cùng một lượng dịch chuyển của tấm. Hãy chú ý! Từ đặc điểm tĩnh không đúng tuyến, điển hình là cảm biến cấp độ của các loại dùng để đo chuyển vị rất nhỏ, mà sẽ không vượt quá 0,1δₒ số lượng. Đương nhiên, những thiết bị này được đánh giá cao yêu cầu trong cơ khí chính xác, nơi thậm chí lỗi nhỏ có thể gây ra vấn đề khá nghiêm trọng.

chúng có thể được sử dụng ở đâu?

Lĩnh vực áp dụng có thể là vô cùng đa dạng. Như vậy, trong hầu như tất cả các ngành công nghiệp có thể đáp ứng được các hoạt động, được điều khiển bởi những thiết bị này. Chúng được sử dụng để kiểm soát việc điền các xe tăng khác nhau, và các nội dung của họ có thể là chất lỏng, (cảm biến khí) khí hoặc hạt.

Sự phổ biến của hoạt động công nghiệp của con người và công nghiệp thông thường là cao hơn, đáng tin cậy hơn và dễ dàng hơn để thiết kế các thiết bị như vậy. Từ sự kết hợp của những triệu chứng này, họ là như vậy tốt mà họ có thể được sử dụng ngay cả trong điều kiện cực kỳ hung hăng giữ tàu chở dầu.

Bên cạnh đó, cảm biến điện dung có thể được sử dụng như một công tắc giới hạn về cửa hàng sản xuất dòng băng tải hoặc máy. Nó là cần thiết và cho các vị trí chính xác nhất các cơ chế khác nhau.

cảm biến tiệm cận

Nhưng bây giờ có nhu cầu lớn cảm biến khoảng cách, mà được thực hiện chính xác cùng một nguyên tắc. Phạm vi sử dụng của họ thậm chí còn rộng hơn. Điều này là do các thiết bị chi phí penny có thể làm việc trong hầu hết tất cả các loại của ngành công nghiệp. Tuy nhiên, có ngành công nghiệp điển hình, nơi loại thiết bị được yêu thích nhất:

• Kiểm soát của container trong suốt chứa đầy dịch làm bằng nhựa hoặc thủy tinh.
• Một chức năng tương tự được thực hiện bởi chúng trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm (bao gồm cả trẻ em), nơi mà các sản phẩm hoàn chỉnh được đóng gói trong các thùng chứa làm bằng vật liệu trong suốt. Trên nguyên tắc cùng có trụ sở và hoạt động của bale như một cảm biến nhiên liệu điện dung.
• Đối với giám sát khu vực nguy hiểm, nếu có thể phá vỡ dây uốn lượn.
• Kiểm soát những nơi tương tự nơi băng tải hãng có thể bị hư hỏng.
• Riêng kiểm soát các loại sản phẩm được sản xuất (chuyển đổi các lon, chai, đóng gói).

Không ngạc nhiên, những thiết bị điện tử là phổ biến nhất trong cơ khí chính xác, sản xuất điện và nhiều ngành công nghiệp khác loạt các cảm biến.

inclinometers

Thiết bị đã trở nên phổ biến chỉ trong những năm tương đối gần đây là quy mô nhỏ máy đo độ nghiêng điện dung cung cấp truyền tín hiệu đầu ra điện có độ lớn là tỷ lệ thuận với cảm biến góc sử dụng.

Các lĩnh vực chủ yếu phổ biến nhất của việc sử dụng các thiết bị: nền tảng hệ thống liên kết, quyết tâm của võng và biến dạng của các loại dầm hỗ trợ kỹ thuật, cũng như kiểm soát chính xác của đường, theo dõi độ lệch đường sắt ở giai đoạn xây dựng của họ.

Hơn nữa, sử dụng thiết bị như vậy xác định cuộn xe tải nặng và xe khác, thang máy và máy xúc công nghiệp và xác định mức độ dịch chuyển góc cho máy nông nghiệp và công nghiệp đặc biệt lớn.

điện dung rất quan trọng cảm biến mức nhiên liệu trong ngành công nghiệp dầu mỏ. Chúng được sử dụng ngay cả trong những tàu chở dầu mang theo một chục chuyến đi và hàng trăm ngàn tấn sản phẩm dầu tinh chế. Các thiết bị này cực kỳ hiệu quả ngay cả trong hình rất dồi dào ngưng tụ và một mức độ cao của khu vực sản xuất bụi (bộ cảm biến khí giống nhau).

Họ nhận thấy việc sử dụng chúng trong các giá trị đo lường mức độ áp lực tuyệt đối và tương đối cũng như độ dày của vật liệu điện môi, mà là cực kỳ quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp nơi tụ thực sự mạnh mẽ được sử dụng.

Ưu điểm chính của cảm biến điện dung

Cần lưu ý rằng cảm biến điện dung có nhiều lợi thế khi so sánh với các thiết bị tương tự được hình thành trên nguyên tắc hơi khác. Hãy liệt kê những lợi thế chính của các kíp:

• Trong sản xuất, họ là cực kỳ đơn giản. Bên cạnh đó, các vật liệu đơn giản nhất và rẻ tiền có thể được sử dụng trong sản xuất của họ. Ngay cả cảm biến mức nhiên liệu điện dung được sử dụng trong các đối tượng quan trọng ngành công nghiệp dầu khí có kích thước cực kỳ khiêm tốn có mức thấp nhất có thể tiêu thụ năng lượng điện. Với tất cả những đặc điểm này, chúng khác nhau ở mức xuất sắc của sự nhạy cảm, mà thường là không thể đạt cho các thiết bị đắt tiền hơn.
• Về nguyên tắc, nó có thể là một cảm biến điện dung với bàn tay của bạn, sử dụng như là cơ sở của nó bất kỳ chất lượng nhiều hay ít đáng tin cậy và cao tụ điện công nghiệp.
• Các điểm tiếp xúc họ có (rất hiếm khi sử dụng một nhà sưu tập hiện tại), mà là rất có lợi cho công việc trong điều kiện bụi cao và độ ẩm.
• tuổi thọ rất dài, các đơn vị liên tục quản lý để "lấy lại" chi phí thấp của họ. Theo đó, cảm biến điện dung (giá trong đó nằm trong khoảng 1.200-1.700 rúp) là mua lại cực kỳ có lợi nhuận.
• Cho việc di chuyển các phần di chuyển của thiết bị là cần thiết để làm ngạc nhiên chút công sức.
• Thiết bị này là rất dễ dàng để kết hợp với gần như tất cả các loại thiết bị được sử dụng chỉ trong hoạt động công nghiệp.

khía cạnh tiêu cực

Thật không may, mỗi cảm biến điện dung có nhược điểm nhất định, mà trong chừng mực nào đó làm phức tạp việc sử dụng rộng rãi của loại thiết bị này. Chúng tôi liệt kê chúng trong chi tiết hơn:

• Yếu tố chuyển đổi (ví dụ, truyền tải) là tương đối thấp.
• kích thước nhỏ và đơn giản của thiết kế góp phần vào việc thực tế là các đề cử ứng nhu cầu khá cao về chất lượng của các thiết bị sàng lọc.
• Tốt cảm biến mức điện dung (và các công cụ đo tương tự khác) có thể hoạt động một cách hiệu quả chỉ ở một tần số cao hơn nhiều so với giá trị tiêu chuẩn của 50 Hz.

Thông báo quan trọng

Tuy nhiên, tất cả không phải là quá xấu. Nhiều nhà sản xuất tìm kiếm đặc che chắn tuyệt vời của các bộ cảm biến bằng cách làm cho những thay đổi nhỏ trong cấu trúc của chúng. Đối với các tần số sử dụng, trong thực tế họ hiển thị kết quả xuất sắc trong giá trị công nghiệp phổ biến là 400 Hz.

Chúng ta đã nói về lòng trung thành với công thức cơ bản chỉ nếu bỏ qua các hiệu ứng cạnh. Nhưng nó rất hữu ích để biết rằng nó thực sự có thể có một tác động tiêu cực chỉ trong trường hợp khoảng cách giữa các tấm điện môi tương đương với kích thước của mình. Hơn nữa, tác động tiêu cực có thể được phần lớn trung hòa chỉ đơn giản bằng cách sử dụng vòng bảo vệ. Trong trường hợp này, tác động của hiệu ứng khung viền không thể chuyển vượt ra ngoài các tấm được sử dụng.

Một lần nữa, chúng tôi lưu ý rằng cảm biến áp suất cùng được đặc trưng bởi một sự đơn giản đáng kể, cho phép bạn tạo ra một cấu trúc kỳ diệu ổn định, bền và chi phí thấp. Nếu bạn chọn kích thước hình học đúng sử dụng điện môi được sử dụng trong việc sản xuất như một vật liệu tụ không thể đặc biệt lo lắng.

Như vậy, một cách chính xác nhặt tem kim loại để sản xuất vỏ cảm biến, nó là thực tế không đáng kể biến động nhiệt độ thậm chí mạnh mẽ mà có thể dẫn đến một sự thay đổi trong dung của thiết bị và đọc đầy đủ của nó. Tất nhiên, điều này không lọai trừ nhu cầu để thực hiện cảm biến áp suất bị cô lập toàn diện và các chỉ số khác như các yếu tố môi trường tích cực. Mặc dù đơn giản của nó, độ ẩm cao và nồng độ phóng xạ có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ tin cậy của thiết bị.

phân loại cảm biến

Được sử dụng trong quá trình công nghiệp phục vụ sản xuất của họ cho phép bạn chia sẻ tất cả các loại cảm biến được sản xuất thành hai nhóm lớn: odnoemkostnye và dvuhemkostnye. Loại thứ hai được chia thành phân và poludifferentsialnye. Chúng ta hãy xem xét một cách chi tiết hơn.

thiết bị Odnoemkostny. Trong trường hợp này các mạch cảm biến điện dung cực kỳ đơn giản, do một phần chính của họ là các tụ điện phổ biến nhất với dung biến. Thật không may, ngay cả độ ẩm và nhiệt độ tăng nhẹ có độ chính xác của chỉ tác động rất hữu hình. Bởi vì điều này, có cảm biến khác nhau thường bị trục trặc. Để trung hòa độ lớn của sai sót như vậy, nó là cần thiết để sử dụng cấu trúc phân biệt.

cảm biến Dvuhemkostny. Trên thực tế, nó chỉ là một cấu trúc khác biệt như vậy. Nó thường có thể để đáp ứng các cảm biến mực dung được sản xuất bởi một chương trình như vậy. Các thiết bị này được cung cấp từ các nhược điểm chính của mô hình trước đó, nhưng có nhược điểm riêng của họ. Những bất lợi đáng kể nhất là sự cần thiết phải sử dụng hai hoặc ba dây che chắn giữa các thiết bị chính nó và bề mặt, bởi vì chỉ theo cách này có thể ngăn chặn cái gọi là điện dung ký sinh.

Tuy nhiên, một chương trình khá phức tạp của cảm biến điện dung trong trường hợp này nó rất dễ dàng để bỏ qua, vì bù lại bạn sẽ có được một thiết bị cực kỳ chính xác và nhạy cảm.

cảm biến xây dựng đặc hiệu

Trong nhiều trường hợp (từ quan điểm thiết kế của xem) việc tạo ra các thiết bị như vậy là có vấn đề. Điều này đặc biệt đúng khi bạn muốn tạo ra một cảm biến với mức độ biến đổi của năng lực. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy rằng nhiều người trong những vấn đề được giải quyết gần như hoàn toàn chính xác hiệu chuẩn và các tài liệu hiệu suất cao được sử dụng trong sản xuất. Thông thường những khó khăn phải đối mặt với các nhà sản xuất dvuhemkostnyh cảm biến.

Nói chung, các đặc trưng của loại hình này của các thiết bị đo là chúng có thể được biểu diễn dưới dạng một tỷ lệ không thứ nguyên của hai đại lượng vật lý (container) trong đó có một biểu hiện vật lý chính xác và ý nghĩa. Vì vậy, họ có thể được gọi là một cách an toàn "thăm dò mối quan hệ." Ưu điểm của những thiết bị này (họ lớn cộng!) Có phải đó là họ thường không thể có trong thiết kế của mình một số biện pháp tiêu chuẩn mà mát tăng cường độ tin cậy trong các tình huống và điều kiện thực sự khắc nghiệt.

Đặc tính của bộ mã hóa tuyến tính

Tất cả các giá trị phi điện, mà thường được yêu cầu để kiểm soát trong một môi trường công nghiệp, nó là vô cùng đa dạng và đa diện. Một phần quan trọng của các biện pháp này tùy thuộc vào kiểm soát chặt chẽ, làm cho phong trào góc và tuyến tính thậm chí các loại khác nhau của các bề mặt trong không gian. Nếu bạn sử dụng một tụ điện có điện trường hoàn toàn thống nhất trong khoảng cách, nó không phải là quá khó khăn để làm cho cảm biến điện tử hai trong các loại sau đây:

• Trong đó diện tích của các điện cực có thể thay đổi.
• Những người có một khoảng cách biến giữa các điện cực.

Nó rất dễ dàng để hiểu rằng các Loại thứ nhất là phù hợp nhất để sửa chữa các phong trào thực sự lớn, trong khi sử dụng nhiều thứ hai có thể được nhận thấy ngay cả một số chuyển động cơ thể trong không gian, giá trị của tương đương với chỉ một vài micron!

Cảm biến để xác định sự dịch chuyển góc

Nói chung, theo thiết kế và mục đích, họ gần như hoàn toàn giống với kiểu tiếp xúc trước. Tương đồng được thể hiện trong thực tế là các cảm biến là các điện cực của một khu vực biến cũng nên được sử dụng cho kích thước lớn hơn và với một khoảng cách biến giữa các điện cực bản thân - nhỏ. Thông thường, các thiết bị như vậy được thực hiện đa ngành, với khả năng thay đổi diện tích các tấm tụ điện.

Để đạt được điều này, một điện cực đầu tiên cố định với trục di động trong vòng xoay mà nó thay đổi vị thế của mình so với các khu vực thay đổi thứ hai cung cấp sự chồng chéo của các tấm điện môi trong tụ điện. Đương nhiên, khi nó được ghi nhận một sự thay đổi trong dung.

phát hiện

Vì vậy, chúng tôi đã thảo luận về đặc điểm cơ bản về mức độ của các nhạc cụ, học về các lĩnh vực của họ về ứng dụng, về các tính năng thiết kế, nguyên tắc hành động và giải pháp kỹ thuật tốt. Như bạn có thể hiểu từ bài báo, sự phổ biến của cảm biến điện dung và phổ biến rất cao của họ được dựa trên mức giá rất hấp dẫn của thiết bị như vậy và một cuộc sống phục vụ lâu dài ngay cả dưới điều kiện môi trường khó khăn.

Tất cả điều này là nhờ vào sự thật rằng, từ một điểm mang tính xây dựng của xem, tất cả những mét chỉ tụ tiêu chuẩn, được đặc trưng bởi một cách hơi khác thường của ứng dụng của họ. Tuy nhiên, bạn có thể và tìm ra cho chính mình, một lần nữa nhìn vào các công thức toán học được dùng rộng rãi phản ánh các nguyên tắc kíp làm việc.