Sensor capacitivo: aparato y principio de funcionamiento. Los sensores capacitivos: aplicación

La industria moderna, y las actividades humanas humanas cotidianas, también, es imposible de imaginar sin todo tipo de dispositivos electrónicos. Ellos nos ayudan en todos los sentidos, y algunas operaciones de fabricación para llevar a cabo no tiene éxito sin ellos. Para esos "ayudantes" debe incluir también un sensor capacitivo.

Los llamados convertidores hechas por tipo paramétrico. La medición de un volumen de tales dispositivos se realiza a través de variaciones de capacitancia cuando se cambia de algunos parámetros importantes. En pocas palabras, el cambio estimado en la capacitancia bajo la influencia de algunos factores externos.

El principio de funcionamiento del sensor capacitivo

Eso es lo que los sensores capacitivos. El principio de funcionamiento que no son tan difíciles, pero para entender que lo que necesita saber algo. Para empezar recordamos el principio de la determinación de la capacidad del condensador. Esta acción se expresa por la siguiente fórmula:

C = εεₒS / δ.

Esta expresión se sabe que muchos de ellos del curso de física de la escuela, pero no estaría de más para refrescar la memoria y el recuerdo, lo que significa cada una de las variables:

• S – área de las placas del condensador.
• E – permitividad relativa del material dieléctrico utilizado en el diseño de condensadores.
• εₒ – como en la física para denotar permitividad del espacio libre.
• δ – por lo que se puede designar o el grosor de la placa dieléctrica, o la distancia entre las varias capas de material.

Por lo tanto, a partir de la fórmula anterior que la capacitancia cambie fácilmente. Baste de alguna manera actúan sobre el área de la placa de material dieléctrico, una distancia entre las placas o directamente con la permeabilidad usado en la fabricación del material. En consecuencia, la selección de un valor particular depende únicamente de la lista de tareas que los diseñadores de dispositivos se han fijado.

Por lo tanto, podemos incluso hacer un sensor capacitivo con las manos, como un punto de vista constructivo es – el condensador plana o cilíndrica habitual, una placa de la cual está constantemente experimentando un movimiento controlado en el espacio, lo que conduce a un cambio en la capacitancia. Hay que recordar que la fórmula anterior es válido sólo si está descuidando por completo los efectos de borde. Hablaremos más sobre esto en la sección final de este artículo.

Es necesario saber que tales aparatos electrónicos se utilizan ampliamente para medir los desplazamientos angulares y lineales de objetos, calculando el tamaño, el trabajo aplicado, la humedad, la concentración de sustancia activa y otras características. Con respecto a los aspectos estructurales de la pregunta, entonces dichos fardos se hacen plano-paralelo, en carcasas cilíndricas con electrodos de pasador, con un revestimiento de un material dieléctrico, e incluso sin ella.

Aquí es cómo operar los sensores capacitivos. El principio de funcionamiento de algunos de ellos necesitan saber con gran detalle. En este artículo damos algunas fórmulas que pueden ser útiles para usted.

Fórmula para describir el principio de funcionamiento de ciertos tipos de sensores

Sensor de nivel con una posible variación de la plaza placas dieléctricas pueden ser bastante fácilmente describe usando la siguiente ecuación:

C = εεₒaH / δ.

Por "X" en este caso se refiere a la longitud de la superposición de electrodos utilizados. Por consiguiente, "a" denota la anchura de las placas del condensador. Cabe señalar que tales dispositivos se han aplicado en diversos campos de la industria, los que se utilizan para la medición precisa de los valores angulares. la capacidad del transductor en tal caso se encuentra por la siguiente expresión:

C = εεₒ (r₂- R $ ₁ $) / 2δ * (φₒ-φ).

Con el fin de medir con precisión la sensibilidad, se debe utilizar una fórmula ligeramente diferente:

K = εεₒ (R $ ₁ $ r₂-) / 2δ.

Veamos lo que se entiende por aquellas variables que forman parte de estas ecuaciones:

• R $ ₁ $ – radio interior de las placas de condensador;
• R $ ₂ $ – radio exterior de la misma placa;
• φ – medida en el valor del momento (real) del ángulo de superposición;
• φₒ – el valor inicial del ángulo de recubrimiento.

Por último, se explica la expresión matemática que describe el principio de funcionamiento del medidor capacitivo con espacio de aire ajustable:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Como era de esperar, una holgura primaria δₒ entendido, la letra X son la misma cantidad de desplazamiento de la placa. Prestar atención! Desde características estáticas no son estrictamente lineal, típicamente el sensor de nivel del tipo utilizado para medir desplazamientos muy pequeños, que no excederá el 0,1δₒ cantidad. Naturalmente, estos dispositivos son muy demandados en la ingeniería de precisión, donde incluso pequeños errores pueden causar problemas muy serios.

¿Dónde pueden ser utilizados?

Las áreas de posible aplicación son muy diversos. Por lo tanto, en prácticamente todas las industrias pueden satisfacer la operación, que son controlados por estos dispositivos. Ellos se utilizan para controlar el llenado de los diversos tanques, y sus contenidos pueden ser (sensor gas) líquido, gaseoso o en partículas.

La prevalencia de la actividad industrial humana industrial y normal es más alto, más fiable y más fácil de diseñar tales dispositivos. De la combinación de estos síntomas, que son tan buenos que se pueden utilizar incluso en condiciones extremadamente agresivas sostiene petroleros.

Además, el sensor capacitivo se puede usar como un interruptor de límite en la tienda de fabricación de la línea transportadora o de la máquina. Es necesario y para la colocación más precisa de los diversos mecanismos.

sensores de proximidad

Pero ahora una gran demanda de sensores de proximidad, que están hechos de exactamente el mismo principio. El alcance de su uso es aún más amplia. Esto es debido a los dispositivos de costes centavo que pueden trabajar en prácticamente todos los tipos de industria. Sin embargo, hay típica de la industria, donde este tipo de equipos son los más populares:

• El control de los recipientes transparentes llenas de líquido hechas de plástico o vidrio.
• Una función similar se lleva a cabo por ellos en la fabricación de productos alimenticios (incluyendo los niños), donde el producto acabado se envasa en envases hechos de materiales transparentes. En el mismo principio en base y el trabajo de la bala como un sensor capacitivo de combustible.
• Para la vigilancia de zonas peligrosas, cuando sea posible rotas hilo de devanado.
• Controlar lugares similares donde la cinta transportadora portador podría dañarse.
• controlar individualmente el tipo de productos producidos (conversión de latas, botellas, envases).

No es sorprendente que estos dispositivos electrónicos son los más comunes en la ingeniería de precisión, generación de energía y muchas otras industrias variedad de sensores.

inclinómetros

Los dispositivos que se han convertido en frecuente sólo en relativamente recientes años son inclinómetro capacitiva de pequeño tamaño que proporciona la señal de salida eléctrica de transmisión cuya magnitud es directamente proporcional a la del sensor del ángulo usado.

El campo principal más común de uso de estos dispositivos: Sistema de plataforma de alineación, la determinación de la desviación y deformación de diversos tipos de vigas de soporte técnico, así como un control preciso del camino, desviación de la pista de ferrocarril en la etapa de su construcción.

Por otra parte, utilizando tales dispositivos determinan el rollo de camiones pesados y otros vehículos, ascensores y excavadoras industriales y determinar el grado de desplazamiento angular para máquinas agrícolas e industriales particularmente grandes.

Muy importante capacitivos de nivel de combustible sensores en la industria petrolera. Se utilizan incluso en los superpetroleros que llevan en uno decenas de disparo y cientos de miles de toneladas de productos refinados del petróleo. Estos dispositivos son extremadamente eficaces incluso en muy abundante formación de condensado y un alto grado de área de producción de polvo (el mismo sensor de gas).

Encuentran su uso en los valores de medición de los niveles de presión absoluta y relativa, así como el espesor del material dieléctrico, que es extremadamente importante en casi todas las industrias donde se utilizan realmente potentes condensadores.

Las principales ventajas de los sensores capacitivos

Cabe señalar que el sensor capacitivo tiene muchas ventajas cuando se compara con dispositivos similares que se forman en algo diferentes principios. Hagamos una lista de las principales ventajas de estos Kip:

• En la industria manufacturera, que son extremadamente simples. Además, los materiales más simples y baratos pueden ser utilizados en su producción. Incluso los sensores de nivel de combustible capacitiva utilizados en los objetos importantes de la industria del petróleo tienen un tamaño muy modesto tiene el nivel más bajo posible del consumo de energía eléctrica. Con todas estas características, se diferencian excelente nivel de sensibilidad, que a menudo es inalcanzable para los dispositivos más caros.
• En principio, puede ser un sensor capacitivo con las manos, usando como base cualquier tipo de condensador industrial más o menos fiables y de alta calidad.
• Los contactos que tienen (muy rara vez se usan un colector de corriente), que es extremadamente beneficioso para el trabajo en condiciones de alta polvo y humedad.
• extremadamente larga vida de servicio, la unidad gestiona varias veces para "recuperar" su bajo costo. En consecuencia, el sensor capacitivo (cuyo precio está en el rango de 1200-1700 rublos) es la adquisición extremadamente rentable.
• Para desplazar la parte móvil del dispositivo se requiere para hacer sorprendentemente poco esfuerzo.
• El dispositivo es muy fácil de combinar con casi todas las categorías de equipo que se utiliza sólo en las actividades industriales.

aspectos negativos

Desafortunadamente, cada sensor capacitivo tiene ciertos inconvenientes, que en cierta medida complican el uso generalizado de este tipo de equipos. Les enumeramos con más detalle:

• factor de conversión (es decir, la transmisión) es relativamente bajo.
• Pequeño tamaño y simplicidad de diseño contribuyen al hecho de que el nominado bastante altas exigencias en la calidad de los dispositivos de detección.
• Bueno sensor de nivel capacitivo (y otros instrumentos de medición similares) pueden funcionar eficazmente sólo a una frecuencia mucho más alta que el valor estándar de 50 Hz.

Avisos importantes

Sin embargo, no todo es tan malo. Muchos fabricantes buscan excelentes características del blindaje de los sensores al hacer pequeños cambios en su estructura. En cuanto a la frecuencia de uso, en la práctica muestran excelentes resultados en valor industrial generalizado de 400 Hz.

Ya hemos hablado de la lealtad a la fórmula básica sólo si se ignora el efecto de borde. Sin embargo, es útil saber que lo que realmente puede tener un efecto negativo sólo en el caso de que la distancia entre las placas dieléctricas es comparable a su propio tamaño. Además, el efecto negativo se puede neutralizar en gran parte simplemente usando el anillo de protección. En este caso, el impacto de los efectos de frontera no puede transferir más allá de las placas utilizadas.

Una vez más, observamos que los mismos sensores de presión se caracterizan por una sencillez notable, lo que le permite crear una estructura maravillosamente estable, duradera y de bajo costo. Si elige las dimensiones geométricas adecuadas utilizadas dieléctrica es usada en la producción de un material de este tipo de condensador no puede particularmente preocupados.

Por lo tanto, elegir correctamente el sello de metal para la fabricación de la carcasa del sensor, es fluctuaciones de temperatura, incluso fuertes prácticamente despreciable que podría resultar en un cambio en la capacitancia del dispositivo y sus lecturas inadecuadas. Por supuesto, esto no elimina la necesidad de realizar sensores aislado presión exhaustivas y otros tales indicadores de los factores ambientales agresivas. A pesar de su simplicidad, alta humedad y niveles elevados de radiación pueden afectar negativamente a la fiabilidad del dispositivo.

clasificación de los sensores

Se utiliza en procesos industriales para su producción le permiten compartir todo tipo de sensores producidos en dos grandes grupos: odnoemkostnye y dvuhemkostnye. La última clase se divide en diferencial y poludifferentsialnye. Vamos a considerar con más detalle.

Odnoemkostny dispositivo. En este caso, el circuito sensor capacitivo extremadamente simple, puesto que su parte principal es el condensador más común con capacitancia variable. Por desgracia, incluso un ligero aumento en la humedad y la temperatura tienen sobre la exactitud de las indicaciones impacto muy tangible. Debido a esto, hay varios sensores a menudo mal funcionamiento. Para neutralizar la magnitud de tales errores, es necesario el uso de estructura diferenciada.

sensor de Dvuhemkostny. En realidad, es sólo una estructura tan diferenciada. A menudo es posible satisfacer el sensor de nivel capacitivo está fabricado por un tal esquema. Estos dispositivos están liberados de los principales inconvenientes del modelo anterior, pero tienen sus propias debilidades. La desventaja más significativa es la necesidad de utilizar dos o tres cables apantallados entre el propio dispositivo y la superficie, porque sólo de esta manera puede suprimir la llamada capacitancia parásita.

Sin embargo, un esquema bastante sofisticado de sensores capacitivos en este caso es fácil pasar por alto, ya que en cambio se obtiene un dispositivo extremadamente preciso y sensible.

sensores de la construcción de Especificidad

En muchos casos (desde el punto de vista del diseño) la creación de tales dispositivos es problemático. Esto es especialmente cierto cuando se desea crear un sensor con niveles variables de capacidad. Sin embargo, la experiencia demuestra que muchos de los problemas se resuelven casi por completo la calibración precisa y materiales de alto rendimiento utilizados en la producción. Muy a menudo estas dificultades que enfrentan los productores dvuhemkostnyh sensores.

En general, la especificidad de este tipo de aparatos de medición es que pueden ser representados como una relación adimensional de dos cantidades físicas (recipientes) que tienen una expresión física precisa y significado. De modo que puedan ser llamados de forma segura "sondas de la relación". La ventaja de estos dispositivos (ellos gran ventaja!) Es que generalmente no pueden tener en su diseño algunas medidas estándar que enfrían mejora la fiabilidad en situaciones y condiciones realmente extremas.

Caracterización de los codificadores lineales

Todos los valores no eléctricos, que a menudo se requiere para controlar en un entorno industrial, es extremadamente diversa y multifacética. Una parte significativa de las medidas que están sujetos a estrictos controles, realizar movimientos angulares y lineales incluso diferentes tipos de superficies en el espacio. Si utiliza un condensador que tiene absolutamente campo eléctrico uniforme en el espacio, no es tan difícil hacer dos sensores electrónicos de los siguientes tipos:

• En un barrio de los electrodos es variable.
• Los que tienen un hueco variable entre los electrodos.

Es fácil de entender que el primer tipo es el más adecuado para fijar el movimiento muy grande, mientras que el uso de la segunda variedad se puede notar incluso algún movimiento del cuerpo en el espacio, cuyo valor es igual a sólo unas pocas micras!

Sensores para la determinación del desplazamiento angular

En general, por el diseño y propósito, que casi completamente idéntico al tipo de contacto anterior. Similitud se manifiesta en el hecho de que los sensores son electrodos de un área variable debe utilizarse también para dimensiones más grandes y con una distancia variable entre los propios electrodos – pequeños. Típicamente, tales dispositivos están hechos multi-sección, con la posibilidad de cambiar el área de las placas del condensador.

Para lograr esto, un primer electrodo fijado al eje móvil en rotación que cambia su posición relativa a la segunda zona de cambio que proporciona la superposición de las placas dieléctricas en el condensador. Naturalmente, cuando se registró un cambio en la capacitancia.

hallazgos

Así que hemos discutido las características básicas de la altura del instrumento, aprendimos sobre sus campos de aplicación, sobre las características de diseño, el principio de acción y las posibles soluciones técnicas. Como se puede entender a partir del artículo, la prevalencia de los sensores capacitivos y su altísima popularidad se basa en el precio muy atractivo de este tipo de dispositivos y una larga vida útil incluso en condiciones ambientales difíciles.

Todo esto es posible gracias al hecho de que, desde un punto de vista constructivo, todos estos metros son solamente condensadores estándar, que se caracterizan por una forma un tanto inusual de su aplicación. Sin embargo, puede y averiguar por sí mismo, una vez más mirando las fórmulas matemáticas que en general reflejan los principios kip trabajo.