Какво е капацитивен сензор?

Подобно на някои други видове сензори (например индуктивни сензори), капацитивните сензори работят без физически контакт с обекта, който се изследва. С други думи, този тип сензори са безконтактни устройства. С тяхна помощ могат да бъдат открити както електропроводими, така и непроводими материали. Поради това свойство капацитивните сензори могат да се използват на места, където например не са приложими индуктивни сензори.

Какво е капацитивен сензор, неговата структура и режим на работа

Този тип сензор не е много сложен като устройство и обикновено се състои от:

Ограждения

Тялото прави възможно събирането на всички елементи в едно цяло. Освен това осигурява надеждна защита на елементите от външни фактори, които могат да повлияят на неговата ефективност. Корпусът на капацитивен сензор обикновено е направен от месинг или полиамид.

съединител

Това е специална смола, която предпазва сензорните елементи от влага или други вредни вещества.

Задействане

Спусъкът генерира необходимата мощност на превключващия сигнал и количеството хистерезис (това е разликата в разстоянието преди включване).

Светодиоди

Светодиодите осигуряват бърза настройка и показват позицията на превключвателя.

Усилвател

Усилва изходния сигнал до желаната стойност.

Демодулатор

Демодулаторът променя високочестотните трептения, докато напрежението се промени.

генератор

Той създава електрическо поле, което действа върху обекта.

Електроди

Работната повърхност на капацитивен сензор обикновено е два електрода, които действат като кондензаторни плочи, които са свързани към контура за обратна връзка на генератора. Той от своя страна е конфигуриран да променя мощността му, когато се приближава до контролирания обект.

В резултат на тези вибрации, когато сензорът се приближава към обект, генераторът генерира нарастваща амплитуда, която се обработва и произвежда изходен сигнал.

Капацитивните сензори се задвижват от електропроводими обекти и диелектрици. С приближаването на проводящ обект разстоянието на усещане става много по-голямо, отколкото когато тестовите обекти са диелектрици (реакционното разстояние зависи от диелектричната константа).

Употреба
Използването на сензори от този тип е изключително широко и разнообразно. Те се използват широко в системите за управление на индустриални процеси в почти всички индустрии.

Те се използват в сензорите за паркиране на автомобили и за контрол на пълненето на резервоари с течни, насипни и газообразни вещества, за превключватели на автоматични линии, за машинни центрове, машини, конвейери, алармени системи и други.

Видове капацитивни сензори и техните приложения

Сензори за близост

В момента един от най-често използваните капацитивни сензори са сензорите за близост, които освен изключително надеждни, имат много широк спектър от предимства.

Сензори от този тип се използват в почти всички области, тъй като имат много разумни цени. Те се използват за наблюдение на нивото на пълнене на различни контейнери, контролно напрежение, за сигнализиране в случай на проблеми на производствените линии и други.

Капацитивни енкодери за ъглови и линейни движения

Сензори от този тип се използват в индустрии като машиностроене, енергетика, транспорт, строителство и други.

Инклинометри

Капацитивни инклинометри се използват на петролни платформи в нивелиращи системи, за определяне на деформацията на опорите, за наблюдение и контрол на наклона на пътища и железопътни линии по време на тяхното изграждане, за определяне на качеството на автомобили, кораби, асансьори, подемно оборудване, селскостопанска техника за определяне на ъгловото изместване на въртящи се обекти, като като валове, зъбни колела и механизми, както неподвижни, така и подвижни.

Капацитивни сензори за ниво

Сензори от този тип се използват в системи за наблюдение, регулиране и контрол на процеси в хранителната, фармацевтичната, химическата и петролната промишленост.

Те са изключително ефективни при работа с течности, насипни твърди частици, проводими и непроводими вискозни вещества и в тежки работни условия в помещения или места, където се натрупва прах или конденз.

Капацитивните сензори се използват широко в индустрии, където се изисква точно измерване на общото налягане, дебелината на диелектричните материали, влажността, линейните и ъгловите деформации и други.

Класификация на капацитивни сензори според метода на тяхното изпълнение

Всички видове капацитивни сензори могат да бъдат разделени на две групи: сензори с един и два резервоара. Последните са допълнително разделени на диференциални и полудиференциални.

Сензорите с един капацитет имат опростена конструкция и са променливи кондензатори. Този тип сензор има няколко недостатъка, които включват значителни влияния на околната среда като влажност и температура.

Недостатъкът на сензорите с диференциална конструкция е, че те се различават от сензорите с единичен капацитет, а диференциалните имат поне три свързващи проводника между сензора и измервателното устройство за неутрализиране на отрицателното въздействие на влажността и температурата.

Въпреки това, поради този малък недостатък, диференциалните сензори значително повишават своята точност и стабилност и по този начин разширяват полето си на приложение.

Плюсове на капацитивни сензори
В сравнение с конкурентните оптични, индуктивни и пиезоелектрични сензори, капацитивните сензори имат много предимства, включително:

• лекота на производство - за производството на капацитивни сензори се използват евтини материали, което се отразява на крайната цена на продукта;
• малък размер и тегло;
• ниска консумация на енергия;
• висока степен на чувствителност;
• безконтактни (не е задължително да са близо до обекта на изследване;
• дълъг експлоатационен живот;

Лесно адаптиране на дизайна на сензора за различни задачи и измервания.

Ограничения
Някои от най-големите недостатъци на капацитивните сензори са:

• относително малък коефициент на конверсия (трансфер);
• необходимостта от работа на честота над 50 Hz;
• производителността може да бъде повлияна от прах и влага и сензорът може да открие неправилно измерване;
• температурна чувствителност.

Капацитивните сензори са лесни за проектиране, което води до траен и надежден дизайн. Параметрите на кондензатора зависят само от неговите характеристики и не зависят от свойствата на използваните материали, ако те са правилно подбрани.

Проблемът с тяхната чувствителност към температурата може да бъде решен чрез избор на подходящ материал за плочите и подходящата изолация за тяхното закрепване. Остава само да се подобри тяхната защита срещу вредното въздействие на прах, влага и йонно излъчване и този тип сензори ще имат още по-широк спектър от приложения.

И накрая, можем да обобщим ...

Капацитивните сензори използват много малко механична сила, която им е необходима, за да преместят подвижната част, да регулират изхода на системата и да работят с висока точност. Всичко това прави тези сензори незаменими за точното измерване на проводими и непроводими елементи.

Въпроси и отговори:

Какви са капацитивните сензори? Еднокапацитивен, двоен капацитивен. От своя страна те се делят на: линейни, ъглови, наклономери, сензори за ниво, преобразуватели на налягане.

За какво са предназначени капацитивните сензори и как работят? В такива сензори измерваният параметър се променя, поради което се променя съпротивлението. Такива сензори се използват за преобразуване на стойности на влажност, налягане, механична сила и др.

Как работи капацитивен сензор за ниво? В такъв сензор, поради промяна в измереното ниво, капацитетът на кондензатора също се променя (образува се от сондата и стените на резервоара - колкото повече течност е в резервоара, толкова по-висок е капацитетът).