Capacitive sensor: kasangkapan ug baruganan sa operasyon. Capacitive sensor: aplikasyon

Ang modernong industriya, ug ang tawhanong kalihokan sa tawo matag adlaw, usab, dili mahanduraw nga walay laing matang sa elektronik nga mga himan. Gitabangan nila kami sa tanan, ug ang ubang mga operasyon sa teknolohiya nga wala niini dili mahimo. Alang sa maong "mga katabang" kinahanglan ipasidungog ug usa ka sensor nga kapasidad.

Mao kini ang gitawag nga mga transducer, nga gibuhat sumala sa parametric type. Ang pagsukod sa usa ka gikusgon nga gidaghanon sa ingon nga mga himan gipahigayon tungod sa pagsaka-kanaog sa capacitive resistance sa diha nga ang ubang mga mahinungdanon nga mga kalagmitan nag-usab. Sa yano nga pagkasulti, ang pagbag-o sa capacitance sa kapasidad gibana-bana ubos sa impluwensya sa pipila nga mga hinungdan sa gawas.

Prinsipyo sa pagpadagan sa capacitive sensor

Mao kana ang kapasidad nga mga sensor. Ang prinsipyo sa ilang trabaho dili kaayo komplikado, apan aron masabtan kini kinahanglan nimo nga mahibal-an ang usa ka butang. Sa pagsugod, atong hinumdoman ang prinsipyo sa pagtino sa kapasidad sa usa ka kapasitor. Kini nga aksyon gipahayag gamit ang mosunod nga pormula:

C = εεₒS / δ.

Kini nga ekspresyon nahibal-an sa kadaghanan gikan sa kurso sa eskwelahan sa physics, apan dili kini makapasakit aron sa pagpa-refresh sa panumduman ug hinumdomi kung unsa ang gipasabut sa matag usa sa mga baryable:

• S mao ang dapit sa kapasitor plate.
• Ang E mao ang paryente nga pagkalapot sa dielectric nga materyal nga gigamit sa pagtukod sa kapasitor.
• Εₒ - sa ingon sa physics kini naandan nga itudlo ang dielectric constant sa vacuum.
• Δ - mahimo kini nga gibag-on sa dielectric plate o ang gilay-on tali sa daghang mga lut-od sa materyal.

Busa, nagsunod kini gikan sa pormula sa ibabaw nga sayon ang pag-usab sa kapasidad sa kapasitor. Igo na ang paglihok sa dapit sa plato sa dielectric nga materyal, ang distansya tali sa mga plato o direkta sa permeability sa materyal nga gigamit sa produksyon. Busa, ang pagpili sa usa ka piho nga bili nag-agad lamang sa listahan sa mga buluhaton nga gibutang sa mga tigdesinyo sa atubangan sa lalang.

Busa, makahimo ka bisan sa usa ka capacitive sensor nga ang imong kaugalingon, tungod kay gikan sa usa ka maayo nga punto sa panglantaw nga kini usa ka ordinaryo nga flat o cylindrical kapasitor, usa sa iyang mga palid nga kanunay nga nakasinati kontrolado nga kalihukan sa luna, nga modala ngadto sa usa ka pagbag-o sa kapasidad. Kinahanglan hinumdoman nga ang pormula sa ibabaw husto lamang kon hingpit nimong gibaliwala ang mga epekto sa sulud. Hisgutan nato kini sa katapusang bahin niini nga artikulo.

Ang usa kinahanglan mahibal-an nga ang maong elektronik nga mga gamit gigamit sa pagsukod sa angular ug linear nga mga lihok sa mga butang, pagkalkulo sa mga sukat, trabaho nga gigamit, humidity, konsentrasyon sa aktibong substansiya ug uban pang mga kinaiya. Bahin sa mapadungan nga bahin sa isyu, kini nga mga instrumento gihimo sa eroplano-parallel, sa cylindrical nga mga lawas, nga may mga pin electrodes, nga adunay spacer nga dielectric nga materyal ug wala kini.

Ania kung giunsa nga ang capacitive sensors nagalihok. Ang prinsipyo sa paglihok sa pipila niini kinahanglan nga mailhan labi na sa detalye. Sulod sa gambalay niini nga artikulo, naghatag kami og pipila ka mga pormula nga mahimong mapuslanon alang kanimo.

Mga pormula sa paghulagway sa prinsipyo sa pagpadagan sa pipila ka matang sa sensor

Ang usa ka level sensor nga adunay usa ka posible nga pagbag-o sa lugar sa dielectric plates mahimong dali nga mahulagway gamit ang mosunod nga equation:

C = εεₒaX / δ.

Ang "X" niini nga kaso mao ang gitas-on sa pagkahan-ay sa mga electrodes nga gigamit. Tungod niini, ang "a" nagtumong sa gilapdon sa mga palid sa condenser mismo. Kinahanglan nga makita nga ang maong mga instrumento nakakaplag sa ilang aplikasyon sa nagkalainlaing natad sa industriya, diin gigamit kini sa tukmang pagsukod sa angular nga mga gidaghanon. Ang kapasidad sa tigpamaligya dayon makita sa mosunod nga ekspresyon:

C = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ * (φₒ-φ).

Aron sa tukmang pagsukod sa pagkasensitibo, usa ka medyo lahi nga pormula ang angay gamiton:

K = εεₒ (r₂- r₁) / 2δ.

Atong tan-awon kung unsa ang gipasabot sa mga kabahin nga mga kabahin niini nga mga equation:

• Ang Rini mao ang internal nga radius sa plato sa condenser;
• Ang R₂ mao ang gawas nga radius sa samang plato;
• Φ ang kasamtangan (kasamtangan) nga kantidad sa anggulo sa patatas;
• Ang Φₒ mao ang inisyal nga bili sa anggulo sa patatas.

Sa katapusan, analisahon nato ang ekspresyon sa matematika nga naghulagway sa prinsipyo sa operasyon sa usa ka capacitive meter nga adunay usa ka variable air gap:

C = εεₒS / (δₒ-X).

Dili lisud ang pagtag-an nga ang δₒ mao ang nag-una nga kal-ang, samtang ang samang letra nga X nagpakita sa gidaghanon sa pagkawala sa plato. Pagmatngon! Tungod kay ang static nga mga kinaiya dili higpit nga linear, kasagaran ang usa ka level sensor nga niini nga matang gigamit sa pagsukod sa hilabihan nga gagmay nga mga displacements, ang magnitude nga dili molabaw sa 0.1δ. Siyempre, kini nga mga kahimanan gikinahanglan kaayo sa saktong engineering, diin bisan ang mas gamay nga sayop mahimong mosangpot sa seryoso nga mga problema.

Asa sila magamit?

Ang mga lugar sa ilang posible nga paggamit hilabihan ka nagkalainlain. Busa, sa halos tanan nga mga industriya, makita ang mga operasyon nga kontrolado niini nga mga himan. Gigamit kini aron makontrol ang pagpuno sa lainlaing mga tanke, ug ang ilang mga sulod mahimong likido, granular o gaseous (sensor sa gas).

Ang ilang pagkaylap sa industriya ug sa kasagaran nga produksyon sa tawo mas taas ang mas kasaligan ug mas simple ang disenyo sa maong mga himan. Alang sa kinatibuk-an niini nga mga timailhan, sila maayo kaayo nga kini mahimong gamiton bisan sa mga hilabihan ka agresibo nga mga kondisyon sa oil tanker.

Dugang pa, ang capacitive sensor mahimo gamiton isip limit sa switch sa conveyor line o tool sa makina sa production hall. Kinahanglan usab kini alang sa labing tukma nga posisyon sa nagkalain-laing mga mekanismo.

Mga proximity sensor

Apan sa kasamtangan nga panahon , ang proximity sensors adunay partikular nga panginahanglan , nga gipatuman sa susama nga paagi. Mas daghan ang paggamit niini. Kini tungod sa kantidad sa mga kantidad sa mga gamit ug ang abilidad sa pagtrabaho sa halos tanan nga matang sa industriya. Bisan pa, adunay mga tipikal nga mga industriya diin ang mga himan niini nga matang mao ang labing nanginahanglan:

• Pagkontrolar sa pagpuno sa transparent nga mga sudlanan sa plastik o bildo.
• Ang usa ka susama nga katuyoan gipahigayon pinaagi sa paghimo sa mga produkto sa pagkaon (lakip ang mga bata), diin ang nahuman nga mga butang giputos sa mga sudlanan nga transparent nga mga materyales. Sa mao gihapon nga prinsipyo, ang buhat sa maong paggamit nga instrumento isip usa ka sensor sa kapasidad nga igsusugnod gibase.
• Aron makontrol ang peligro nga mga dapit kung diin nabali ang winding wire.
• Pagkontrol sa susama nga mga dapit diin ang conveyor belt mahimong madaut.
• Ang pagkontrol sa piraso sa giprodyus nga matang sa produkto (pag-ihap sa mga lata, mga botelya, mga pakete).

Dili ikatingala nga kining mga electronic device mao ang labing komon sa katukma sa engineering, enerhiya ug uban pang mga industriya nga nagkalainlain nga mga sensors.

Inclinometers

Ang mga instrumento nga nahimong komon lamang sa bag-ohay nga mga tuig mao ang gagmay nga kapasidad nga mga inclinometer nga naghatag og usa ka electrical output signal kansang magnitude direkta nga proporsyon sa anggulo sa hilig sa sensor nga gigamit.

Ang labing komon nga mga nag-unang mga lugar sa paggamit niini nga mga instrumento mao ang platform leveling systems, pagtino sa kantidad sa deflection ug teknikal nga deformation sa nagkalain-laing mga sinaporte nga suporta, ingon man ang labing tukmang pagkontrol sa bakilid sa mga agianan sa dalan ug riles sa yugto sa ilang pagtukod.

Dugang pa, sa tabang sa maong mga himan, ang pag-roll sa mga heavy nga sakyanan ug uban pang mga sakyanan, mga hoist ug mga excavator sa industriya gitino, ug ang gilapdon sa angular nga pagbakwit kalabot sa makinarya ug makinarya sa dagko nga gidak-on ang natino.

Importante kaayo ang kapasidad sa mga sensor sa lebel sa gasolina sa industriya sa lana. Gigamit kini bisan diha sa mga supertankers, nga alang sa usa ka transportasyon sa linibo nga mga tensyon ug gatusan ka libo nga tonelada nga giproseso nga mga produkto sa lana. Kini nga mga gadyet hilabihan ka epektibo bisan sa mga kondisyon sa pagtukod sa hilabihan ka daghan nga condensate ug usa ka taas nga degree sa dustiness sa production room (ang sama nga sensor sa gas).

Nakita nila ang ilang aplikasyon sa pagsukod sa kadako sa absolute ug relative nga lebel sa presyur, maingon man ang gibag-on sa dielectric nga materyal, nga hinungdanon kaayo sa hapit tanan nga mga industriya diin gigamit ang tinuod nga gamhanan nga mga capacitor.

Ang nag-unang bentaha sa capacitive sensors

Kini kinahanglan nga matikdan nga ang capacitive sensor adunay daghan nga mga bentaha kon itandi sa susama nga mga himan nga gihimo sumala sa gamay nga nagkalainlain nga mga prinsipyo. Ilista ang mga nag-unang bentaha sa mga instrumento:

• Sa manufacturing, kini mga yano ra kaayo. Dugang pa, ang labing yano ug labing barato nga mga materyales mahimong gamiton sa ilang produksyon. Bisan ang capacitive fuel level sensors nga gigamit sa mga importante nga mga pasilidad sa industriya sa lana adunay labing kasarangan nga mga sukod ug adunay labing ubos nga posible nga lebel sa elektrisidad nga konsumo sa enerhiya. Uban sa tanan niini nga mga kinaiya, kini nailhan sa usa ka labing maayo nga lebel sa pagkasensitibo, nga sagad dili makab-ot alang sa mas mahal nga mga himan.
• Sa prinsipyo, makahimo ka sa usa ka capacitive sensor nga imong kaugalingon, nga gigamit ingon nga ang basehan labaw pa o dili kaayo masaligan ug taas nga kalidad nga industriya nga kapasitor.
• Wala sila'y mga kontak (talagsa ra nga gigamit ang usa ka kolektor karon), nga labing mapuslanon sa pagtrabaho sa mga kondisyon nga taas ang abono ug humidity sa kwarto.
• Ang kinabuhi sa pag-alagad hilabihan ka dugay, ang gadyet nagbalik-balik nga maningkamot sa "pagbalibad" sa ubos nga kantidad niini. Tungod niini, ang capacitive sensor (kansang presyo anaa sulod sa 1200-1700 rubles) usa ka mapuslanon kaayo nga pag-angkon.
• Aron ibalhin ang nagalihok nga bahin sa lalang, gamay ra ang paningkamot.
• Ang himan sayon kaayo nga maghiusa sa hapit tanan nga mga kategoriya sa mga ekipo nga gigamit lamang sa mga kalihokan sa industriya.

Negatibo nga mga gutlo

Ikasubo, ang matag kapasidad nga kapasidad adunay pipila nga mga kakulangan, nga sa usa ka sukod makabalda sa kaylap nga paggamit niini nga matang sa mga ekipo. Ilista nato kini sa mas detalyado:

• Ang kadugangan sa pagkakabig (nga ingon niini nga transmission) medyo ubos.
• Ang gamay nga gidak-on ug kayano sa disenyo nagdala ngadto sa kamatuoran nga adunay gibutang sa unahan hinoon taas nga mga gikinahanglan sa kalidad sa screening devices.
• Ang usa ka maayo nga sensor sa kapasidad nga kapasidad (ug uban pang susama nga mga himan sa pagsukod) makalihok nga epektibo lamang sa usa ka frequency nga mas taas kaysa sa standard nga bili sa 50 Hz.

Importante nga mga nota

Apan, ang tanan dili daotan. Daghang mga tiggama nakab-ot sa maayo nga mga kinaiya sa screening sa sensor pinaagi sa paghimo sa gamay nga mga kausaban sa ilang disenyo Sama sa kadugayon nga paggamit, sa praktis nagpakita sila og maayo nga mga resulta sa usa ka bili nga gigamit sa industriya sa 400 Hz.

Gihisgutan na namon ang kamatuuran sa mga nag-unang pormula lamang kon ang panapaw nga epekto wala panumbalinga. Apan kini mapuslanon nga mahibal-an nga kini adunay tinuod nga negatibong epekto kung ang gilay-on tali sa dielectric nga mga plasa ikatandi sa ilang kaugalingong mga sukod. Dugang pa, ang negatibo nga epekto mahimo nga gipalapdan pinaagi lamang sa usa ka protective ring. Sa kini nga kaso, ang mga utlanan sa impluwensya sa epekto mahimong mabalhin layo sa mga gigamit nga mga palid.

Sa makausa pa, atong mahibal-an nga ang susama nga mga sensor sa presyon nailhan sa usa ka talagsaon nga kasayon, nga naghimo niini nga mahimo sa paghimo sa katingalahan nga lig-on, lig-on ug barato nga mga disenyo. Kung husto ang pagpili sa geometriko nga mga sukod sa dielectric nga gigamit, dili ka mabalaka mahitungod sa mga materyales nga gigamit sa paggama sa maong kapasitor.

Busa, sa husto nga pagpili sa metal nga marka alang sa pagmugna sa sensor nga pabalay, posible nga mapasagdan bisan halos ang kusog nga pag-usab-usab sa temperatura nga mahimong mosangput sa usa ka pagbag-o sa kapasidad sa aparato ug sa kakulang sa mga pagbasa niini. Siyempre, wala kini magwagtang sa panginahanglan sa pag-ayo sa pag-ihap sa mga pressure sensor ug uban pang susama nga mga timailhan gikan sa agresibo nga mga hinungdan sa kinaiyahan. Bisan pa sa ilang kayano, ang taas nga humidity ug taas nga lebel sa radiation mahimong makaapektar sa pagkakasaligan sa aparato.

Klasipikasyon sa mga sensor

Ang mga pamaagi sa produksyon nga gigamit sa industriya naghimo sa posible nga pagbahin sa tanang mga matang sa sensor sa duha ka dagkong mga grupo: usa-sample ug duha-sampling. Ang naulahian nga matang nga gibahin ngadto sa differential ug semi-differential. Susihon nato sila sa mas detalyado.

Usa ka himan nga himan. Niini nga kaso, ang mga capacitive sensor circuits yano kaayo, tungod kay ang nag-unang bahin mao ang labing komon nga kapasitor nga adunay kapasidad nga kapasidad. Ikasubo, bisan ang diyutay nga pagtaas sa humidity ug temperatura adunay usa ka makitang epekto sa pagkasibu sa mga pagbasa. Tungod niini, sa kasagaran ang mga nagkalain-laing mga pagkawala sa sensor nga sensor. Aron mahibaw-an ang gidak-on sa maong mga sayup, kinahanglan natong gamiton ang nagkalainlain nga mga pagtukod.

Sensor sa duha ka sensor. Sa pagkatinuod, siya usa ka nagkalahi nga estruktura. Kasagaran makit-an nimo ang usa ka kapasidad nga kapasidad sa lebel, nga gihimo gayud sumala sa kini nga laraw. Kini nga mga himan gawasnon gikan sa mga nag-unang kakulian sa miaging modelo, apan adunay ilang kaugalingong mga kahuyang. Ang labing mahinungdanon nga disbentaha mao ang panginahanglan nga gamiton ang duha o tulo ka mga shielded wires sa tunga-tunga sa himan mismo ug sa nawong, tungod kay niining paagiha mahimo nga ang mga gitawag nga parasitic capacitance mapugngan.

Hinuon, sayon nga dili pagtagad ang mas komplikado nga mga pamaagi sa mga sensor nga kapasidad sa niini nga kaso , tungod kay sa pagbalik ikaw adunay usa ka tukma kaayo ug sensitibo nga instrumento.

Piho nga pagdisenyo sa mga sensor

Sa daghang mga kaso (gikan sa disenyo nga punto sa panglantaw) ang pagmugna sa ingon nga mga himan mao ang problema kaayo. Tinuod kini ilabi na kung kini gikinahanglan sa paghimo sa usa ka sensor nga adunay variable nga kapasidad. Hinoon, gipakita sa praktis nga daghang mga problema ang halos hingpit nga masulbad pinaagi sa tukmang pagkalibrate ug taas nga mga kinaiya sa mga materyales nga gigamit sa produksyon. Kasagaran, kini nga mga kalisud giatubang sa mga producer sa duha ka sensor nga sensor.

Sa kinatibuk-an, ang pagkasayod niini nga matang sa mga instrumento sa pagsukod mao nga kini mahimong girepresentar sa dagway sa usa ka dimensionless ratio sa duha ka pisikal nga gidaghanon (capacitances) nga adunay tukmang pisikal nga pagpahayag ug kahulogan. Busa mahimo silang gitawag nga "proximity sensors". Ang kaayohan niini nga mga gadgets (ang ilang dako nga plus!) Mao ba nga sila sa kinatibuk-an wala'y bisan unsang mga sumbanan sa pagsabot sa ilang mga disenyo, nga nagpalambo sa ilang pagkakasaligan sa talagsaon nga mga sitwasyon ug kondisyon.

Mga kinaiya sa mga linear displacement sensors

Ang tanan nga mga non-electrical nga gidaghanon, nga sa kasagaran gikinahanglan nga kontrolado sa mga kondisyon sa industriya, daghan kaayo ug nagkalainlain. Ang usa ka mahinungdanong bahin sa mga lakang nga hugot nga gikontrol, mao ang mga angular ug bisan ang linear nga mga pag-uswag sa nagkalainlaing matang sa ibabaw sa luna. Kung gigamit nato ang usa ka kapasitor nga adunay usa ka hingpit nga uniporme nga electric field sa work gap, nan dili lisud ang paghimo sa mga electronic sensor sa mosunod nga duha ka matang:

• Nga ang lugar sa mga electrodes mahimo nga mag-usab.
• Kadtong adunay usa ka variable nga gintang tali niining mga electrodes.

Kini mao ang sayon nga makasabut nga ang unang matang mao ang labing angay alang sa nag-ayo sa tinuod nga dako nga kalihukan, samtang ang paggamit sa ikaduhang matang nga namatikdan bisan sa pipila lawas kalihukan sa luna, ang bili sa nga mao ang katumbas sa pipila lamang ka micron!

Sensor alang sa pagtino sa mga eskinado pagbakwit

Sa kinatibuk-an, pinaagi sa disenyo ug katuyoan, sila hapit hingpit nga susama sa nag-unang matang contact. Kasamahan nga gipakita diha sa kamatuoran nga ang mga sensor mga electrodes sa usa ka baryable dapit kinahanglan usab nga gamiton alang sa mas dako nga sukod ug uban sa usa ka baryable gilay-on sa taliwala sa mga electrodes sa ilang mga kaugalingon - gamay. Kasagaran, ang maong mga lalang nga gihimo multi-rehiyonal, uban sa posibilidad sa pag-usab sa dapit sa mga palid capacitor.

Aron makab-ot kini, ang usa ka unang electrode natudlong sa movable tugdan sa rotation nga makausab kini posisyon sa iyang paryente sa ikaduhang kausaban nga dapit nga naghatag sa sapaw sa dielectric palid sa capacitor. Natural lang, sa diha nga kini natala sa usa ka pagbag-o sa capacitance.

findings

Busa atong gihisgotan sa nag-unang mga kinaiya sa mga ang-ang sa instrumento, nakakat-on mahitungod sa ilang mga dapit sa aplikasyon, mahitungod sa mga bahin disenyo, ang baruganan sa aksyon ug posible nga teknikal nga solusyon. Samtang kamo mahimo nga makasabut gikan sa artikulo, ang pagkaylap sa capacitive sensor ug sa ilang hilabihan nga hatag-as popular gibase sa kaayo madanihon presyo sa maong mga lalang ug sa usa ka taas nga pag-alagad sa kinabuhi bisan sa lisod nga mga kahimtang sa kinaiyahan.

Ang tanan nga kini mao ang posible nga pasalamat ngadto sa kamatuoran nga, gikan sa usa ka mapuslanon nga punto sa panglantaw, kining tanan nga mga metros lamang standard capacitors, nga gihulagway sa usa ka medyo talagsaon nga paagi sa ilang mga aplikasyon. Apan, kamo ug makakaplag alang sa imong kaugalingon, sa makausa pag-usab sa pagtan-aw sa mga pormula sa matematika nga malukpanong pagpamalandong sa mga baruganan kip buhat.