Kas ir kapacitatīvais sensors?

Tāpat kā daži citi sensoru veidi (piemēram, induktīvie sensori), arī kapacitatīvie sensori darbojas bez fiziska kontakta ar izmeklējamo objektu. Citiem vārdiem sakot, šāda veida sensori ir bezkontakta ierīces. Ar viņu palīdzību var noteikt gan elektriski vadošus, gan nevadošus materiālus. Šīs īpašības dēļ kapacitatīvos sensorus var izmantot vietās, kur, piemēram, induktīvie sensori nav piemērojami.

Kas ir kapacitatīvais sensors, tā struktūra un darbības režīms

Šis sensora veids kā ierīce nav ļoti sarežģīts, un to parasti veido:

Korpusi

Ķermenis ļauj visus elementus savākt vienā veselumā. Turklāt tas nodrošina drošu elementu aizsardzību no ārējiem faktoriem, kas var ietekmēt tā efektivitāti. Kapacitatīvā sensora korpuss parasti ir izgatavots no misiņa vai poliamīda.

Savienotājs

Tas ir īpašs sveķis, kas aizsargā sensora elementus no mitruma vai citām kaitīgām vielām.

Trigeris

Sprūda ģenerē nepieciešamo komutācijas signāla jaudu un histerēzes daudzumu (tā ir attāluma atšķirība pirms ieslēgšanas).

Gaismas diodes

Gaismas diodes nodrošina ātru iestatīšanu un norāda slēdža stāvokli.

Pastiprinātājs

Pastiprina izejas signālu līdz vēlamajai vērtībai.

Demodulators

Demodulators maina augstfrekvences svārstības, līdz mainās spriegums.

Ģenerators

Tas rada elektrisko lauku, kas iedarbojas uz objektu.

Elektrodi

Kapacitatīvā sensora darba virsma parasti ir divi elektrodi, kas darbojas kā kondensatora plāksnes, kas savienotas ar ģeneratora atgriezeniskās saites ķēdi. Tas, savukārt, ir konfigurēts, lai mainītu savu jaudu, tuvojoties kontrolējamam objektam.

Šo vibrāciju rezultātā, sensoram tuvojoties objektam, ģenerators ģenerē pieaugošu amplitūdu, kas tiek apstrādāta un rada izejas signālu.

Kapacitīvos sensorus vada elektriski vadoši priekšmeti un dielektriķi. Tuvojoties vadošam objektam, uztveršanas attālums kļūst daudz lielāks nekā tad, kad testa objekti ir dielektriski (reakcijas attālums ir atkarīgs no dielektriskās konstantas).

Izmantot
Šāda veida sensoru izmantošana ir ārkārtīgi daudz un daudzveidīga. Tos plaši izmanto rūpniecisko procesu vadības sistēmās gandrīz visās nozarēs.

Tos izmanto automašīnu stāvvietu sensoros un tvertņu piepildīšanas kontrolēšanai ar šķidrām, nefasētām un gāzveida vielām, automātisko līniju slēdžiem, mašīnu centriem, mašīnām, konveijeriem, trauksmes sistēmām un citiem.

Kapacitatīvo sensoru veidi un to pielietojums

Tuvuma sensori

Pašlaik viens no visbiežāk izmantotajiem kapacitatīvajiem sensoriem ir tuvuma sensori, kuriem papildus ārkārtīgi uzticamībai ir ļoti plašas priekšrocības.

Šāda veida sensori tiek izmantoti gandrīz visās jomās, jo tiem ir ļoti pieņemama cena. Tos izmanto, lai kontrolētu dažādu konteineru piepildīšanas līmeni, vadības spriegumu, lai signalizētu problēmu gadījumā ražošanas līnijās un citās.

Kapacitīvie kodētāji leņķiskām un lineārām kustībām

Šāda veida sensori tiek izmantoti tādās nozarēs kā mašīnbūve, enerģētika, transports, celtniecība un citas.

Slīpuma mērītāji

Kapacitīvos slīpuma mērītājus izmanto uz naftas platformām izlīdzināšanas sistēmās, lai noteiktu balstu deformāciju, lai uzraudzītu un kontrolētu ceļu un dzelzceļu slīpumu to būvniecības laikā, lai noteiktu automašīnu, kuģu, liftu, pacelšanas iekārtu, lauksaimniecības tehnikas kvalitāti, lai noteiktu rotējošu priekšmetu leņķisko nobīdi, piemēram, kā vārpstas, zobrati un mehānismi, gan stacionāri, gan pārvietojami.

Tilpuma līmeņa sensori

Šāda veida sensorus izmanto uzraudzības sistēmās, procesu regulēšanā un kontrolē pārtikas, farmācijas, ķīmijas un naftas rūpniecībā.

Tie ir ārkārtīgi efektīvi, rīkojoties ar šķidrumiem, beztaras materiāliem, vadošām un nevadošām viskozām vielām, kā arī skarbā darba vidē telpās vai vietās, kur uzkrājas putekļi vai kondensāts.

Kapacitīvos sensorus plaši izmanto nozarēs, kurās nepieciešams precīzi izmērīt kopējo spiedienu, dielektrisko materiālu biezumu, mitrumu, lineārās un leņķiskās deformācijas un citus.

Kapasitīvo sensoru klasifikācija pēc to ieviešanas metodes

Visu veidu kapacitatīvos sensorus var iedalīt divās grupās: sensori ar vienu un divām tvertnēm. Pēdējos sīkāk iedala diferenciālos un pusdiferenciālos.

Vienas kapacitātes sensoriem ir vienkāršs dizains un tie ir maināmi kondensatori. Šāda veida sensoriem ir vairāki trūkumi, kas ietver ievērojamu vides ietekmi, piemēram, mitrumu un temperatūru.

Sensoru ar atšķirīgu konstrukciju trūkums ir tāds, ka tie atšķiras no sensoriem ar vienu kapacitāti, un diferenciālajiem ir vismaz trīs savienojošie vadi starp sensoru un mērīšanas ierīci, lai neitralizētu mitruma un temperatūras negatīvo ietekmi.

Tomēr šī nelielā trūkuma dēļ diferenciālie sensori ievērojami palielina to precizitāti un stabilitāti un tādējādi paplašina to pielietojuma jomu.

Kapacitatīvo sensoru plusi
Kapacitatīvajiem sensoriem ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar konkurējošiem optiskajiem, induktīvajiem un pjezoelektriskajiem sensoriem, tostarp:

• ražošanas vienkāršība - kapacitatīvo sensoru izgatavošanai tiek izmantoti lēti materiāli, kas ietekmē preces gala cenu;
• mazs izmērs un svars;
• mazs enerģijas patēriņš;
• augsta jutīguma pakāpe;
• bezkontakts (tiem nav jāatrodas pētījuma objekta tuvumā;
• ilgs kalpošanas laiks;

Sensora konstrukcijas ērta pielāgošana dažādiem uzdevumiem un mērījumiem.

Ierobežojumi
Daži no lielākajiem kapacitatīvo sensoru trūkumiem ir:

• salīdzinoši zems reklāmguvumu līmenis (pārsūtīšana);
• nepieciešamība strādāt ar frekvenci virs 50 Hz;
• veiktspēju var ietekmēt putekļi un mitrums, un sensors var noteikt nepareizu mērījumu;
• temperatūras jutība.

Kapacitīvos sensorus ir vienkārši projektēt, kā rezultātā tiek izveidots izturīgs un uzticams dizains. Kondensatora parametri ir atkarīgi tikai no tā īpašībām un nav atkarīgi no izmantoto materiālu īpašībām, ja tie ir pareizi izvēlēti.

To jutības pret temperatūru problēmu var atrisināt, izvēloties piemērotu materiālu plāksnēm un piemērotu izolāciju to stiprināšanai. Atliek tikai uzlabot to aizsardzību pret putekļu, mitruma un jonu starojuma kaitīgo iedarbību, un šāda veida sensoriem būs vēl plašāks pielietojuma klāsts.

Un visbeidzot, mēs varam apkopot ...

Kapacitatīvie sensori izmanto ļoti mazu mehānisko spēku, kas tiem nepieciešams, lai pārvietotu kustīgo daļu, regulētu sistēmas izvadi un darbotos ar augstu precizitāti. Tas viss padara šos sensorus neaizstājamus precīzai vadošu un nevadošu elementu mērīšanai.

Jautājumi un atbildes:

Kas ir kapacitatīvie sensori? Vienkapacitatīvs, dubultkapacitīvs. Savukārt tos iedala: lineārajos, leņķiskajos, inklinometros, līmeņa sensoros, spiediena devējos.

Kam ir paredzēti kapacitatīvie sensori un kā tie darbojas? Šādos sensoros mainās izmērītais parametrs, kā rezultātā mainās pretestība. Šādus sensorus izmanto, lai pārveidotu mitruma, spiediena, mehāniskā spēka utt. vērtības.

Kā darbojas kapacitatīvā līmeņa sensors? Šādā sensorā, mainoties izmērītajam līmenim, mainās arī kondensatora kapacitāte (to veido zonde un rezervuāra sienas - jo vairāk šķidruma rezervuārā, jo lielāka jauda).