Vad är en kapacitiv sensor?

Som vissa andra sensorer (till exempel induktiva sensorer) fungerar kapacitiva sensorer utan fysisk kontakt med objektet som undersöks. Med andra ord är dessa typer av sensorer icke-kontaktanordningar. De kan upptäcka både elektriskt ledande och icke-ledande material. På grund av denna egenskap kan kapacitiva sensorer användas på platser där till exempel induktiva sensorer inte är tillämpliga.

Vad är en kapacitiv sensor, dess struktur och driftsläge

Denna typ av sensor är inte särskilt komplex som en enhet och består vanligtvis av:

hölje

Kroppen gör det möjligt att samla alla elementen i en helhet. Dessutom ger det tillförlitligt skydd av elementen från externa faktorer som kan påverka dess effektivitet. Kroppen på en kapacitiv sensor är vanligtvis tillverkad av mässing eller polyamid.

kontakt

Det är ett speciellt harts som skyddar sensorelementen från fukt eller andra skadliga ämnen.

trigger

Trigaren genererar den nödvändiga kopplingssignalkraften och mängden hysteres (detta är skillnaden i avståndet innan du slår på).

lysdioder

Lysdioder ger snabb installation och anger omkopplarens position.

Förstärkare

Förstärker utsignalen till önskat värde.

demodulator

Demodulatorn ändrar högfrekvenssvängningarna tills spänningen ändras.

generator

Det skapar ett elektriskt fält som verkar på objektet.

elektroder

Arbetsytan hos en kapacitiv sensor är vanligtvis två elektroder som fungerar som kondensatorplattor som är anslutna till generatorens återkopplingsslinga. Han är i sin tur konfigurerad att ändra dess kraft när den närmar sig det kontrollerade objektet.

Som ett resultat av dessa vibrationer, när sensorn närmar sig ett objekt, genererar generatorn en ökande amplitud, som bearbetas och producerar en utsignal.

Kapacitiva sensorer drivs av elektriskt ledande föremål och dielektrik. När ett ledande objekt närmar sig blir avkänningsavståndet mycket större än när testobjekten är dielektrik (reaktionsavståndet beror på den dielektriska konstanten).

Använd
Användningen av sensorer av denna typ är extremt bred och varierad. De används ofta i industriella processkontrollsystem i nästan alla branscher.

De används i parkeringssensorer och för att kontrollera fyllningen av tankar med vätska, bulk och gasformiga ämnen, för omkopplare på automatiska ledningar, för maskinstationer, maskiner, transportörer, larmsystem och andra.

Typer av kapacitiva sensorer och deras tillämpningar

Närhetsgivare

För närvarande är en av de mest använda kapacitiva sensorerna närhetssensorer, som förutom att de är extremt tillförlitliga har ett mycket brett spektrum av fördelar.

Sensorer av denna typ används i nästan alla områden eftersom de är mycket prisvärda. De används för att övervaka påfyllningsnivån för olika containrar, styrspänning, för att signalera vid problem på produktionslinjer och andra.

Kapacitiva kodare för vinkel- och linjära rörelser

Sensorer av denna typ används i industrier som maskinteknik, energi, transport, konstruktion och andra.

inklinometrar

Kapacitiva lutningsmätare används på oljeplattformar i nivelleringssystem, för att bestämma deformation av stöd, för att övervaka och kontrollera sluttningen av vägar och järnvägar under deras konstruktion, för att bestämma kvaliteten på bilar, fartyg, hissar, lyftutrustning, jordbruksmaskiner för att bestämma vinkelförskjutningen av roterande föremål, t.ex. som axlar, växlar och mekanismer, både stationära och rörliga.

Kapacitiva nivågivare

Sensorer av denna typ används i övervakningssystem, reglering och kontroll av processer inom livsmedels-, läkemedels-, kemikalie- och petroleumsindustrin.

De är extremt effektiva vid hantering av vätskor, bulkfast material, ledande och icke-ledande viskösa ämnen och i hårda arbetsmiljöer i rum eller platser där damm eller kondens samlas.

Kapacitiva sensorer används ofta i industrier där noggrann mätning av det totala trycket, tjockleken på dielektriska material, fuktighet, linjära och vinklade deformationer och andra krävs.

Klassificering av kapacitiva sensorer enligt metoden för deras implementering

Alla typer av kapacitiva sensorer kan delas in i två grupper: sensorer med en och två tankar. De senare är vidare indelade i differentiell och halvdifferensiell.

Enkapacitanssensorer har en enkel design och är variabla kondensatorer. Denna typ av sensor har flera nackdelar, som inkluderar betydande miljöpåverkan såsom luftfuktighet och temperatur.

Nackdelen med sensorer med en differentiell konstruktion är att de skiljer sig från sensorer med en enda kapacitans, och differentiella har minst tre anslutande ledningar mellan sensorn och mätanordningen för att neutralisera de negativa effekterna av fuktighet och temperatur.

På grund av denna lilla nackdel ökar dock differentiella sensorer avsevärt deras noggrannhet och stabilitet och därmed utvidgar deras användningsområde.

Fördelar med kapacitiva sensorer
Jämfört med konkurrerande optiska, induktiva och piezoelektriska sensorer har kapacitiva sensorer många fördelar, inklusive:

• enkel produktion - billiga material används för tillverkning av kapacitiva sensorer, vilket påverkar det slutliga priset på produkten;
• liten storlek och vikt;
• låg energiförbrukning;
• hög grad av känslighet;
• kontaktlös (de behöver inte vara i närheten av studieobjektet;
• lång livslängd;

Enkel anpassning av sensorkonstruktionen för olika uppgifter och mätningar.

Begränsningar
Några av de största nackdelarna med kapacitiva sensorer är:

• relativt låg konverteringsgrad (överföring);
• behovet av att arbeta med en frekvens över 50 Hz;
• prestanda kan påverkas av damm och fukt, och sensorn kan upptäcka felaktig mätning;
• temperaturkänslighet.

Kapacitiva sensorer är enkla att utforma, vilket resulterar i en hållbar och pålitlig design. Parametrarna för kondensatorn beror bara på dess egenskaper och beror inte på egenskaperna hos de använda materialen, om de är korrekt valda.

Problemet med deras känslighet för temperatur kan lösas genom att välja lämpligt material för plattorna och lämplig isolering för deras fästning. Det återstår bara att förbättra deras skydd mot de skadliga effekterna av damm, fukt och jonstrålning, och denna typ av sensorer kommer att ha ett ännu större användningsområde.

Och slutligen kan vi sammanfatta ...

Kapacitiva sensorer använder väldigt lite mekanisk kraft som de behöver för att flytta den rörliga delen, justera systemets uteffekt och arbeta med hög noggrannhet. Allt detta gör dessa sensorer oumbärliga för noggrann mätning av ledande och icke-ledande element.

Frågor och svar:

Vilka är de kapacitiva sensorerna? Enkelkapacitiv, dubbelkapacitiv. I sin tur är de indelade i: linjära, vinkelmätare, lutningsmätare, nivåsensorer, tryckgivare.

Vad är kapacitiva sensorer avsedda för och hur fungerar de? I sådana sensorer ändras den uppmätta parametern, på grund av vilket motståndet ändras. Sådana sensorer används för att konvertera värden för fuktighet, tryck, mekanisk kraft, etc.

Hur fungerar en kapacitiv nivåsensor? I en sådan sensor, på grund av en förändring i den uppmätta nivån, ändras också kondensatorns kapacitans (den bildas av sonden och behållarens väggar - ju mer vätska i behållaren, desto högre kapacitet).