Datchik Emkoctnoy. unități transductorului neelectrice (nivel de lichid, forțe mecanice, presiune, umiditate etc.), în valoarea capacității electrice. Structural, senzorul capacitiv este un condensator electric plan paralel sau cilindric. Distinge senzori capacitivi. acțiune se bazează pe modificarea diferenței dintre plăcile și zona lor de suprapunere, deformarea dielectric, schimbarea poziției sale, compoziție sau permitivitate. Cel mai frecvent senzori capacitivi sunt folosite pentru măsurarea presiunii sau a nivelului de schimbare, măsurarea precisă a deplasărilor mecanice și m. P.
Principiile de funcționare ale aparatului și un senzor capacitiv
Fig. 1. Dispozitiv Senzor capacitiv
Senzorul Emkoctny beckontakny funcționează după cum urmează:
- Generatorul asigură o interacțiune câmp electric cu obiectul.
- Un demodulator convertește o schimbare de înaltă frecvență a schimbării oscilator de amplitudine în tensiune DC.
- Trăgaciul furnizează semnalul necesar frontal pantă de comutare și valoarea histerezis.
- Putere de ieșire crește la valoarea dorită.
- Indicatorul LED indică starea comutatorului, oferă performanță, eficiență de configurare.
- Compusul asigură gradul necesar de protecție împotriva pătrunderii particulelor solide și apă.
- Carcasa oferă un ansamblu comutator, protejează împotriva impacturilor mecanice. Confecționate din alamă sau din poliamidă completat marfa din metal.
Suprafața activă a senzorului capacitiv de proximitate este format de doi electrozi metalici, care electrod pot fi reprezentate ca „desfăcută“ condensator (vezi. Fig. 1). Electrozii sunt incluse în bucla de feedback a unui oscilator de înaltă frecvență, care este configurat în așa fel încât, în absența unui obiect în apropierea suprafeței active, nu generează. Când se apropie de suprafața activă a obiectului senzor de proximitate capacitiv intră câmpul electric și modifică capacitatea de feedback. Generatorul începe să genereze vibrații ale căror creșteri ca obiect de amplitudine. Amplitudinea circuitului de post-procesare estimat care formează semnalul de ieșire.
Senzorii de proximitate capacitivi sunt activate atât de obiectele conductoare și dielectrice. Atunci când sunt expuse la obiecte din materiale bune conducătoare de electricitate reală Sr senzor de distanță maximă, iar atunci când sunt expuse obiecte realizate din materiale dielectrice scade la distanță Sr în funcție de materialul er dielectric constant (a se vedea. Sr Graph funcție Er (Fig. 2) și materialul permitivitatea Tabelul). Atunci când se lucrează cu obiecte din materiale diferite, cu diferite constante dielectrice, este necesar să se utilizeze Sr grafic în funcție de Er. distanța nominal de comutare (Sn) și intervalul de expunere garantat (Sa), a declarat disjunctoare în caietul de sarcini includ un impact obiect metalic împământat (Sr = 100%). Relația pentru determinarea trăgaciul distanța reală (Sr): 0,9 Sn 
Fig. 2. Dependența reală detecție Sr distanță pe dielectric Er constantă a materialului obiectului
Permitivitatea dielectrică a unor materiale: Material - Er
Amoniacul. 16
Araldite. 3.6
Bachelită. 3.6
Benzenul. 2.3
Hârtie. 2.3
hârtie unsă. 4
Apa. 80
Vinil. 4
Air. 1.0
Ghetinax. 4.5
Lemn. 2-7
Compus cablu. 2.5
Cherosina. 2.2
Marmura. 8
ulei de transformator. 2.2
Ulei. 2.2
Plexiglas. 3.2
Poliamidă. 5
Parafina. 2.2
sticlă de cuarț. 3.7
nisip de siliciu. 4.5
clorură de polivinil. 2.9
Polipropilenă. 2.3
Polistiren. 3.0
Polietilenă. 2.3
Cauciuc moale. 2.5
Din cauciuc siliconic. 2.8
Mica. 6
Terebentină. 2.2
alcool etilic. 25.8
Fibra de sticla. 5.5
Sticla. 5
Talc. 1.6
PCB. 7.5
Politetrafluoretilena (PTFE). 2.0
Porțelan. 4.4
Celuloidul. 3.0
Ciment. 2.0
Ebonita. 4
Electroizolante. 4
Toluen. 2.4
Placaj. 4
Aplicații de senzori capacitivi
Posibile aplicații de senzori capacitivi sunt extrem de diverse. Acestea sunt utilizate în sistemele de control și de gestionare a proceselor industriale în aproape toate industriile. Senzorii capacitivi sunt folosite pentru a controla rezervoare de umplere cu lichid, pulverulent sau substanță granulară ca sesizoare pentru linii automate, benzi transportoare, roboți, centre de prelucrare, mașini-unelte, în sisteme de alarmă, pentru poziționarea diverselor mecanisme, și așa mai departe. D. In prezent, cele mai utilizate pe scară largă senzori de proximitate (prezență), care pe lângă fiabilitatea sa, au o serie de avantaje. Cu un cost relativ scăzut, senzori de proximitate acoperă o gamă largă de destinații în aplicarea sa în toate industriile.
Zonele tipice de utilizare a senzorilor capacitivi de acest tip sunt:
- alarmă de umplere recipiente din plastic sau sticlă;
- Nivelul de umplere de monitorizare a pachetelor transparente;
- alarmă pauză de sârmă de lichidare;
- reglarea tensiunii benzii;
- cheltuiala bucata de orice fel, și altele.
senzori capacitivi de mișcări liniare și unghiulare sunt cele mai comune dispozitive sunt utilizate pe scară largă în inginerie mecanică și transport, construcții și energie, în diferitele sisteme de măsurare. Relativ dispozitive noi aduse la aplicare industrială largă în ultimii ani au devenit inclinometers mici dimensiuni capacitiv cu semnal electric de ieșire proporțională cu unghiul de înclinare al senzorului ..
După cum putem presupune următoarele inclinometers domeniul de aplicare de bază:
- folosi nivelare platforma de sistem;
- determinarea deformării și deformarea diferitelor tipuri de stâlpi și grinzi;
- Controlul de înclinare unghiuri de drumuri și căi ferate în construcția lor, reparații și întreținere;
- rola masina definiție, nave și roboți subacvatice, ascensoare si macarale, excavatoare, utilaje agricole;
- determinarea deplasării unghiulare rotative obiecte de diferite tipuri - arbori, roți, mecanisme de transmisie la cele două obiecte staționare și mobile.
Encodere liniare
Cantitati neelectrice care urmează să fie măsurate și controlate, sunt numeroase și variate. Cele mai multe dintre ele alcătuiesc mișcări liniare și unghiulare. Bazat pe condensator, în care câmpul electric în diferența de lucru uniform, modele pot fi create senzorii de deplasare capacitiv de două tipuri de bază: electrozii variabilă pe suprafață; un decalaj variabil între electrozi. Este evident suficient ca primele sunt mai potrivite pentru măsurarea deplasărilor mari (cele, zeci și sute de milimetri), iar al doilea - pentru măsurarea mișcărilor mici și micro (fracțiuni de milimetru, micrometri sau mai puțin).
codificatoare
traductori capacitivi ale deplasărilor unghiulare sunt similare, în principiu, un encoder liniar capacitiv, în care codificatorul cu arie variabilă este de asemenea mai potrivită în cazul domeniului de măsurare prea mici (incepand cu unități de grade), iar senzorul capacitiv cu clearance unghiular variabil poate fi folosit cu succes pentru măsurarea mici și mișcări unghiulare foarte joase. De obicei deplasarea unghiulară traductoare folosind zona multi-secțiune a plăcilor condensatorului variabil. In astfel de senzori, unul dintre electrozii condensatorului este fixat pe arborele de obiect și cu rotație se deplasează în raport cu un staționar, schimbarea zonei de suprapunere a plăcilor condensatorului. Aceasta, la rândul său, determină o schimbare în capacitate care este fixat de circuit de măsurare.
Un înclinometru (senzor de înclinare) este o înclinare diferențială traductor capacitiv, care cuprinde un element sensibil sub formă de capsule.
Fig. 3. Aparatură capacitivă înclinometru
Capsula constă dintr-un substrat cu doi electrozi plani 1 acoperit cu un strat izolator, și ermetic fixate pe corpul suport 2. cavitate a corpului intern este parțial umplut cu un lichid conductor 3, care este un electrod comun al elementului senzorului. Electrodul comun formează un diferențial condensator electrozi plani. Semnalul de ieșire al senzorului este proporțională cu capacitate diferențială, care depinde liniar de poziția de locuințe într-un plan vertical.
Inclinometer proiectat astfel încât semnalul de ieșire are o dependență liniară de unghiul de înclinare într-o singură - așa-numitul plan de lucru și, practic, nici o modificare în alte indicații plane (rupte), iar semnalul este puțin dependentă de schimbarea temperaturii. Pentru a determina poziția planului în spațiu este utilizat, două, în unghi de 90 ° unul de altul înclinometru.
Inclinometre mici cu semnal electric de ieșire proporțională cu senzorul unghiului sunt dispozitive relativ noi. precizie ridicată a acestora, dimensiuni miniaturale, absența pieselor mecanice în mișcare, ușurința de montare pe obiect și costul redus face necesar să le utilizeze nu numai ca un senzor de înclinare, dar, de asemenea, pentru a înlocui senzorii de unghi, nu numai pentru obiecte staționare, ci și mobile.
Senzorii capacitivi sunt utilizate în sistemele de control, gestionarea proceselor și a controlului în industria alimentară, farmaceutică, chimică și petrolieră. Ele sunt eficiente atunci când se lucrează cu lichide, materiale în vrac, celuloză, substanță vâscoasă (efectuarea si neconductive), precum și un praf condiții de condensare.
Un traductor capacitiv pentru măsurarea fluid neconductiv cuprinde două condensator conectat în paralel.
Una dintre principalele structuri ale traductorul de presiune capacitiv este odnostatornaya care este utilizat pentru a măsura presiunea absolută.
Un astfel de senzor este format dintr-o celulă de metal, împărțită în două părți cu diafragmă întinsă de metal plate, din care o parte este un electrod staționar izolată de carcasa. un electrod diafragmă pentru a forma capacitate variabilă, care este inclus în circuitul de măsurare. Atunci când presiunea de pe ambele părți ale diafragmei senzorului la fel de echilibrat. Modificarea presiunii într-una din camerele diafragmei deformează și alterează capacitatea circuitului de măsurare este fix.
In dvuhstatornoy (diferential) proiectează diafragma se mișcă între două plăci fixe în una dintre cele două camere a furnizat o presiune de referință, care asigură o măsurare directă a diferențialului (sau delta excesivă) presiune cu puțin eroarea.
Avantajele senzori capacitivi în comparație cu alte tipuri de senzori
Senzorii capacitivi oferă o serie de avantaje față de alte tipuri de senzori. Aceste avantaje includ:
- ușurința de producție, utilizarea de materiale ieftine pentru producție;
- dimensiuni mici și greutate;
- consum redus de energie;
- sensibilitate ridicată;
- lipsa contactului (în unele cazuri - un colector de curent);
- durată lungă de viață;
- Este nevoie de un efort foarte mic pentru a muta partea mobilă a senzorului capacitiv;
- adaptarea ușor la diverse forme de sarcini și a structurilor de senzori.
Senzorii capacitivi sunt remarcabile în simplitatea ei, care vă permite să creați un design robust și fiabil. parametrii condensator depinde numai de caracteristicile geometrice și nu depinde de proprietățile materialelor utilizate, în cazul în care aceste materiale sunt selectate în mod corespunzător. Prin urmare, este posibil să se facă neglijabil efectul modificărilor de temperatură pe suprafața și distanța dintre plăci, selectarea corespunzătoare a metalului de timbru și plăci izolatoare pentru atașarea acestora. Rămâne doar pentru a proteja senzorul de acei factori de mediu care se pot descompune izolația dintre electrozi, - de praf, coroziune, umiditate, radiații ionizante.
Senzori capacitivi de calitate valoroase - o cantitate mică de forță mecanică necesară pentru a trece la partea mobilă, posibilitatea de a adapta producția de sistem servo și de mare precizie - fac senzori capacitivi indispensabil în dispozitivele în care numai erori permise în sutimi sau chiar câteva miimi de procente.
Dezavantaje de senzori capacitivi
Un dezavantaj al senzori capacitivi includ:
- raportul de transmisie relativ mici (de conversie);
- cerințe ridicate privind screening-ul pieselor;
- necesitatea de a lucra la mare (comparativ cu 50 Hz) frecvența.
Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, suficient de ecranare poate fi realizată prin proiectarea senzorului și practica arată că senzorii capacitivi dau rezultate bune pe o frecvență de 400 Hz la scară largă. Inerent efect condensatori de margine devine semnificativă numai atunci când distanța dintre plăci este comparabilă cu dimensiuni liniare considerate suprafețe. Acest efect poate fi eliminată într-o oarecare măsură, folosind inelul de paza, ceea ce permite influența ei să suporte dincolo electrozii de suprafață efectiv utilizate în măsurarea.
În aplicarea comutatoarelor capacitiv este important să se protejeze de alarme false, care pot fi cauzate de, de exemplu, precipitarea (zăpadă lipirea), fluide de proces și colab. (Contact accidental operatorului comutator se va determina, de asemenea, declanșarea acestuia). Pentru a compensa influența ploaie, praf (în producția de materiale de construcții), pereții de protecție, etc. Sensibilitate reglabilă introdus încorporat Varietatea comutator de obiecte de expunere, senzori capacitivi declanseaza, cauzează zone largi în care acestea sunt aplicate.
Clasificarea senzori capacitivi
În metoda de execuție toate traductoarele capacitive pot fi împărțite în dvuhemkostnye odnoemkostnye și senzori.
Recente sunt diferențiale și poludifferentsialnymi.
Senzorul Odnoemkostny este simplu în proiectarea și constituie un condensator cu capacitate variabilă. dezavantaj semnificativ la influența factorilor externi, cum ar fi umiditatea și temperatura.
Pentru a compensa aceste erori se aplică structura diferențială. Un dezavantaj al acestor senzori în comparație cu odnoemkostnymi este nevoie de cel puțin trei (în loc de două) ecranat de conectare fire între senzor și dispozitivul de măsurare pentru suprimarea așa-numitele capacitatile parazite. Cu toate acestea, acest dezavantaj plătește o creștere semnificativă a preciziei, stabilitatea și extinderea aplicațiilor de astfel de dispozitive.
În unele cazuri, senzorul capacitiv diferențial pentru a crea dificil din motive de inginerie (în special în ceea ce privește diferențiale sonde cu clearance variabilă). Cu toate acestea, dacă și când acest condensator exemplar plasat într-un pachet de muncitori efectua posibila lor identică în structura, dimensiunea, materialele utilizate, se vor furniza o sensibilitate semnificativ mai mică a întregului dispozitiv la influențe externe destabilizatoare. În astfel de cazuri, puteți vorbi despre senzori capacitivi poludifferentsialnom, care, la fel ca diferențial se referă la dvuhemkostnym.
Specificitatea dvuhemkostnyh senzori de parametri de ieșire, care este reprezentat ca raportul adimensional dintre cele două mărimi fizice dimensionale (în cazul nostru - containere), dă naștere pentru a apela senzorii lor de relație. Când utilizați dvuhemkostnyh senzorii dispozitivului de măsurare nu poate cuprinde o capacitate de măsuri model, crescând astfel precizia de măsurare.
Controlul senzori capacitivi de materie solidă în vrac