Mga capacitive sensor

Ang capacitive sensor ay tinatawag na parametric type transducer kung saan ang pagbabago sa sinusukat na halaga ay na-convert sa isang pagbabago sa capacitance.

Mga Aplikasyon ng Capacitive Sensor

Ang mga posibleng aplikasyon para sa mga capacitive sensor ay lubhang magkakaibang. Ginagamit ang mga ito sa regulasyon ng prosesong pang-industriya at mga sistema ng kontrol sa halos lahat ng mga industriya. Ang mga capacitive sensor ay ginagamit upang kontrolin ang pagpuno ng mga tangke ng likido, pulbos o butil na mga sangkap, tulad ng mga switch ng limitasyon sa mga awtomatikong linya, conveyor, robot, machining center, metal cutting machine, sa mga signal system, para sa pagpoposisyon ng iba't ibang mekanismo, atbp.

Sa kasalukuyan, ang pinakalat na kalat ay proximity (presence) sensors, na, bilang karagdagan sa kanilang pagiging maaasahan, ay mayroon ding malawak na hanay ng mga pakinabang. Sa medyo mababang gastos, ang mga proximity sensor ay sumasaklaw sa malawak na hanay ng direksyon sa kanilang aplikasyon sa lahat ng industriya. Ang mga karaniwang lugar ng paggamit para sa mga capacitive sensor ng ganitong uri ay:

• pagbibigay ng senyas para sa pagpuno ng mga lalagyan ng plastik o salamin;

• kontrol sa antas ng pagpuno ng mga transparent na pakete;

• alarma ng pagkasira ng coil;

• pagsasaayos ng tensyon ng sinturon;

• bahagyang account ng anumang uri, atbp.

Ang mga capacitive linear at angle encoder ay ang pinakakaraniwang mga device, na malawakang ginagamit sa engineering at transportasyon, konstruksiyon at enerhiya, sa iba't ibang mga complex ng pagsukat.

Ang mga medyo bagong device na naging malawakang pang-industriya na paggamit sa mga nakaraang taon ay naging maliit na laki ng capacitive inclinometer na may electrical output signal na proporsyonal sa anggulo ng pagkahilig ng sensor…. Ang mga sumusunod na lugar ng aplikasyon ng mga inclinometer ay maaaring isaalang-alang bilang ang mga pangunahing: paggamit sa mga sistema ng leveling ng platform, pagpapasiya ng mga deviations at deformations ng iba't ibang uri ng mga suporta at beam, kontrol ng mga anggulo ng pagkahilig ng mga kalsada at mga riles sa panahon ng kanilang pagtatayo, pagkumpuni at operasyon, pagtukoy sa roll ng mga kotse, barko at underwater robot, hoists at crane, excavator, makinarya sa agrikultura, pagtukoy sa angular displacement ng iba't ibang uri ng umiikot na bagay - shaft, gulong, mekanismo ng gearbox sa parehong nakatigil at gumagalaw na mga bagay .

Ang mga capacitive level sensor ay ginagamit sa mga control system, regulasyon at pamamahala ng mga proseso ng produksyon sa mga industriya ng pagkain, parmasyutiko, kemikal, at pagdadalisay ng langis. Ang mga ito ay epektibo kapag nagtatrabaho sa mga likido, bulk na materyales, suspensyon, malapot na sangkap (conductive at non-conductive), pati na rin sa mga kondisyon ng condensation, dustiness.

Ginagamit din ang mga capacitive sensor sa iba't ibang industriya upang sukatin ang absolute at gauge pressure, kapal ng mga dielectric na materyales, air humidity, strain, angular at linear accelerations, atbp.

Mga kalamangan ng capacitive sensor sa iba pang mga uri ng sensor

Ang mga capacitive sensor ay nag-aalok ng ilang mga pakinabang sa iba pang mga uri ng sensor. Ang kanilang mga pakinabang ay kinabibilangan ng:

• kadalian ng produksyon, paggamit ng murang materyales para sa produksyon; - maliit na sukat at timbang; - mababang pagkonsumo ng enerhiya; - mataas na sensitivity;

• kakulangan ng mga contact (sa ilang mga kaso - isang kasalukuyang kolektor);

• mahabang buhay ng serbisyo;

• ang pangangailangan para sa napakaliit na puwersa upang ilipat ang gumagalaw na bahagi ng capacitive sensor;

• kadalian ng pag-angkop sa hugis ng sensor sa iba't ibang mga gawain at disenyo;

Mga disadvantages ng capacitive sensors

Ang mga disadvantages ng capacitive sensor ay kinabibilangan ng:

• medyo maliit na transfer (conversion) coefficient;

• mataas na mga kinakailangan para sa shielding bahagi;

• ang pangangailangan na magtrabaho sa isang mas mataas (kumpara sa 50 Hz) dalas;

Sa karamihan ng mga kaso, gayunpaman, ang sapat na kalasag ay maaaring makamit dahil sa disenyo ng sensor, at ipinapakita ng kasanayan na ang mga capacitive sensor ay nagbibigay ng magagandang resulta sa malawakang ginagamit na dalas na 400 Hz. likas mga kapasitor ang epekto ng gilid ay nagiging makabuluhan lamang kapag ang distansya sa pagitan ng mga plato ay maihahambing sa mga linear na sukat ng mga ibabaw na isinasaalang-alang. Ang epekto na ito ay maaaring alisin sa ilang mga lawak sa pamamagitan ng isang proteksiyon na singsing, na ginagawang posible na ilipat ang impluwensya nito sa kabila ng mga limitasyon ng ibabaw ng mga plato na aktwal na ginagamit para sa mga sukat.

Ang mga capacitive sensor ay kapansin-pansin para sa kanilang pagiging simple, na nagbibigay-daan para sa isang matatag at maaasahang disenyo. Ang mga parameter ng kapasitor ay nakasalalay lamang sa mga geometric na katangian at hindi nakasalalay sa mga katangian ng mga materyales na ginamit, kung ang mga materyales na ito ay napili nang tama. Samakatuwid, ang epekto ng temperatura sa mga pagbabago sa ibabaw at spacing ng plato ay maaaring maliit sa pamamagitan ng pagpili ng naaangkop na grado ng metal para sa mga plato at ang pagkakabukod para sa kanilang pagkakabit. Ito ay nananatiling lamang upang protektahan ang sensor mula sa mga kadahilanan sa kapaligiran na maaaring lumala ang pagkakabukod sa pagitan ng mga plato - mula sa alikabok, kaagnasan, kahalumigmigan, ionizing radiation.

Ang mga mahahalagang katangian ng mga capacitive sensor — isang maliit na halaga ng mekanikal na puwersa na kinakailangan upang ilipat ang naitataas na bahagi nito, ang kakayahang ayusin ang output ng sistema ng pagsubaybay, at mataas na katumpakan ng operasyon — ginagawang kailangang-kailangan ang mga capacitive sensor sa mga device kung saan ang mga error ay nasa daan-daang at kahit na. ang ikasalibong porsyento ay pinapayagan.

Mga uri ng capacitive converter at ang kanilang mga tampok sa disenyo

Karaniwan, ang capacitive sensor ay isang flat o cylindrical capacitor, isa sa mga plate na sumasailalim sa kinokontrol na paggalaw, na nagiging sanhi ng pagbabago sa capacitance. Ang pagpapabaya sa mga epekto ng pagtatapos, ang kapasidad para sa isang flat capacitor ay maaaring ipahayag bilang mga sumusunod:

kung saan ε Ang kamag-anak na dielectric na pare-pareho ng daluyan na nakapaloob sa pagitan ng mga plato, C at e - ang lugar ng itinuturing na mga plato at, nang naaayon, ang distansya sa pagitan ng mga ito.

Maaaring gamitin ang mga capacitive transducer upang sukatin ang iba't ibang dami sa tatlong direksyon, depende sa functional na relasyon ng sinusukat na di-electrical na dami na may mga sumusunod na parameter:

• variable dielectric constant ng medium ε;

• magkakapatong na lugar ng mga plato C;

• magkaibang distansya sa pagitan ng mga plato e.

Sa unang kaso, ang mga capacitive transducers ay maaaring gamitin upang pag-aralan ang komposisyon ng sangkap, dahil ang dielectric constant ay isang function ng mga katangian ng substance. Sa kasong ito, ang natural na halaga ng input ng converter ay ang komposisyon ng sangkap na pumupuno sa espasyo sa pagitan ng mga plato. Ang mga capacitive transducers ng ganitong uri ay lalong malawak na ginagamit sa pagsukat ng moisture content ng mga solid at likido, ang antas ng likido, pati na rin sa pagtukoy ng mga geometric na sukat ng maliliit na bagay. Sa karamihan ng mga kaso ng praktikal na paggamit ng mga capacitive transducers, ang kanilang natural na halaga ng input ay ang geometric na pag-aalis ng mga electrodes na may kaugnayan sa isa't isa. proximity, pressure at strain sensors (extensometers).

Pag-uuri ng Capacitive Sensor

Sa mga tuntunin ng pagpapatupad, ang lahat ng capacitive measuring transducers ay maaaring nahahati sa single-capacitive at double-capacitive sensor. Ang huli ay differential at semi-differential.

Ang isang solong capacitance sensor ay simple sa disenyo at isang solong variable na kapasitor. Kabilang sa mga disadvantage nito ang makabuluhang impluwensya ng mga panlabas na salik tulad ng halumigmig at temperatura.Upang mabayaran ang mga error na ito, ilapat ang mga disenyo ng kaugalian... Ang kawalan ng naturang mga sensor kumpara sa mga single-capacitance ay ang pangangailangan para sa hindi bababa sa tatlo (sa halip na dalawa) na may shielded connecting wires sa pagitan ng sensor at ng pagsukat na aparato upang sugpuin ang so- tinatawag na parasitic capacitances. Gayunpaman, ang disbentaha na ito ay binabayaran ng isang makabuluhang pagtaas sa katumpakan, katatagan at pagpapalawak ng larangan ng aplikasyon ng mga naturang device.

Sa ilang mga kaso, ang isang differential capacitive sensor ay mahirap gawin dahil sa mga dahilan ng disenyo (ito ay totoo lalo na para sa mga variable-gap differential sensor). Gayunpaman, kung sa parehong oras ang isang huwarang kapasitor ay inilagay sa parehong pabahay na may gumagana at ang mga ito ay magkapareho hangga't maaari sa disenyo, mga sukat at materyales na ginamit, kung gayon ang isang mas mababang sensitivity ng buong aparato sa mga panlabas na destabilizing na impluwensya ay magiging sinigurado . Sa ganitong mga kaso, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa isang semi-differential capacitive sensor, na, tulad ng differential, ay tumutukoy sa isang bi-capacitive.

Ang pagtitiyak ng parameter ng output ng dalawang-volume na mga sensor, na kinakatawan bilang isang walang sukat na ratio ng dalawang-dimensional na pisikal na dami (sa aming kaso, mga kapasidad), ay nagbibigay ng dahilan upang tawagan silang mga sensor ng ratio. Kapag gumagamit ng mga dual capacitance sensor, ang aparato sa pagsukat ay maaaring hindi naglalaman ng anumang mga karaniwang sukat ng kapasidad, na nag-aambag sa pagtaas ng katumpakan ng pagsukat.

Mga linear displacement encoder

Ang mga di-electrikal na dami na susukatin at kontrolin ay marami at iba-iba. Ang isang makabuluhang bahagi ng mga ito ay linear at angular displacements. Batay sa isang kapasitor na electric field dalawang pangunahing uri ng capacitive displacement sensor ay maaaring malikha nang pantay sa working gap:

• na may variable na lugar ng elektrod;

• na may isang variable na puwang sa pagitan ng mga electrodes.

Halatang halata na ang una ay mas maginhawa para sa pagsukat ng malalaking displacement (mga yunit, sampu at daan-daang milimetro), at ang huli para sa pagsukat ng maliliit at ultra-maliit na mga displacement (mga bahagi ng isang milimetro, micrometer at mas kaunti).

Mga angular na encoder

Angular-displacement capacitive transducers sa prinsipyo ay katulad ng linear-displacement capacitive transducers, at ang mga variable-area sensor ay mas angkop din sa kaso ng hindi masyadong maliit na mga saklaw ng pagsukat (simula sa mga unit ng degrees), at variable-angle-gap capacitive sensors ay maaaring matagumpay na magamit upang sukatin ang maliliit at ultra-maliit na angular displacement. Karaniwan, ang mga multi-section transducers na may variable na capacitor plate area ay ginagamit para sa angular displacements.

Sa ganitong mga sensor, ang isa sa mga electrodes ng kapasitor ay nakakabit sa baras ng bagay, at sa panahon ng pag-ikot ay inilipat ito kaugnay sa nakatigil, binabago ang lugar ng overlap ng mga capacitor plate. Ito naman, ay nagdudulot ng pagbabago sa kapasidad na nakukuha ng circuit ng pagsukat.

Mga Inclinometer

Ang inclinometer (tilt sensor) ay isang differential capacitive tilt transducer na may kasamang hugis kapsula na sensing element.

Capacitive inclinometer

Ang kapsula ay binubuo ng isang substrate na may dalawang flat electrodes 1, na sakop ng isang insulating layer, at isang katawan 2, hermetically fixed sa substrate. Ang panloob na lukab ng katawan ay bahagyang napuno ng isang conductive liquid 3, na kung saan ay ang karaniwang elektrod ng isang sensitibong elemento.Ang karaniwang elektrod ay bumubuo ng isang differential capacitor na may mga flat electrodes. Ang output signal ng sensor ay proporsyonal sa halaga ng capacitance ng differential capacitor, na linearly umaasa sa posisyon ng housing sa vertical plane.

Ang inclinometer ay idinisenyo upang magkaroon ng linear dependence ng output signal sa anggulo ng inclination sa isang tinatawag na working plane at halos hindi binabago ang readings sa kabilang (non-working) plane, habang ang signal nito ay mahinang nakadepende sa temperatura. mga pagbabago. Upang matukoy ang posisyon ng eroplano sa espasyo, dalawang inclinometer ang ginagamit, na matatagpuan sa isang anggulo ng 90 ° sa bawat isa.

Ang mga maliit na laki ng inclinometer na may isang de-koryenteng output signal na proporsyonal sa anggulo ng pagkahilig ng sensor ay medyo bagong mga aparato. Ang kanilang mataas na katumpakan, maliit na sukat, kakulangan ng mga movable mechanical unit, kadalian ng pag-install sa site at mababang gastos ay ipinapayong gamitin ang mga ito hindi lamang bilang mga roll sensor, kundi pati na rin upang palitan ang mga sensor ng anggulo sa kanila, hindi lamang nakatigil kundi pati na rin sa paglipat. mga bagay.

Capacitive na mga sensor ng antas ng likido

Ang isang capacitive transmitter para sa pagsukat ng antas ng isang non-conductive na likido ay binubuo ng dalawang capacitor na konektado sa parallel

Mga sensor ng presyon

Ang isa sa mga pangunahing disenyo ng isang capacitive pressure transducer ay isang solong stator, na ginagamit upang sukatin ang ganap na presyon (mga de-koryenteng sensor ng presyon).

Ang nasabing sensor ay binubuo ng isang metal cell na nahahati sa dalawang bahagi ng isang mahigpit na nakaunat na flat metal diaphragm, sa isang gilid kung saan mayroong isang nakapirming elektrod na nakahiwalay sa katawan.Ang diaphragm electrode ay bumubuo ng isang variable na kapasidad, na kasama sa pagsukat ng circuit. Kapag ang presyon ay pantay sa magkabilang panig ng diaphragm, ang transduser ay balanse. Ang isang pagbabago sa presyon sa isa sa mga silid ay deforms ang diaphragm at nagbabago ang kapasidad, na kung saan ay naayos sa pamamagitan ng pagsukat circuit.

Sa isang dalawang-istasyon (differential) na disenyo, ang diaphragm ay gumagalaw sa pagitan ng dalawang nakapirming plate at isang reference na presyon ay ibinibigay sa isa sa dalawang silid, na nagbibigay ng direktang pagsukat ng differential (labis o kaugalian) na presyon na may pinakamaliit na error.