Ce este un senzor capacitiv?

Ca și alte tipuri de senzori (de exemplu, senzori inductivi), senzorii capacitivi funcționează fără contact fizic cu obiectul investigat. Cu alte cuvinte, aceste tipuri de senzori sunt dispozitive fără contact. Cu ajutorul lor, pot fi detectate atât materiale conductive cât și electrice. Datorită acestei proprietăți, senzorii capacitivi pot fi folosiți în locuri unde, de exemplu, senzorii inductivi nu sunt aplicabili.

Ce este un senzor capacitiv, structura și modul său de funcționare

Acest tip de senzor nu este foarte complex ca dispozitiv și, de obicei, este format din:

carcasă

Corpul face posibilă colectarea tuturor elementelor într-un singur întreg. În plus, oferă o protecție fiabilă a elementelor împotriva factorilor externi care pot afecta eficacitatea acestuia. Corpul unui senzor capacitiv este de obicei format din alamă sau poliamidă.

conector

Este o rășină specială care protejează elementele senzorului de umiditate sau alte substanțe nocive.

trăgaci

Declanșatorul generează puterea semnalului de comutare și cantitatea de histereză (aceasta este diferența de distanță înainte de pornire).

LED-uri

LED-urile oferă o configurare rapidă și indică poziția întrerupătorului.

Amplificator

Amplifică semnalul de ieșire la valoarea dorită.

demodulator

Demodulatorul schimbă oscilațiile de înaltă frecvență până la modificarea tensiunii.

Set generatoare

Creează un câmp electric care acționează asupra obiectului.

electrozi

Suprafața de lucru a unui senzor capacitiv este de obicei doi electrozi care acționează ca plăci condensatoare care sunt conectate la bucla de feedback a generatorului. La rândul său, este configurat să își schimbe puterea pe măsură ce se apropie de obiectul controlat.

Ca urmare a acestor vibrații, pe măsură ce senzorul se apropie de un obiect, generatorul generează o amplitudine din ce în ce mai mare, care este procesată și produce un semnal de ieșire.

Senzorii capacitivi sunt acționați de obiecte conductive electric și dielectrice. Pe măsură ce un obiect conductor se apropie, distanța de detectare devine mult mai mare decât atunci când obiectele de test sunt dielectrice (distanța de reacție depinde de constanta dielectrică).

Folosi
Utilizarea senzorilor de acest tip este extrem de numeroasă și variată. Sunt utilizate pe scară largă în sistemele de control al proceselor industriale în aproape toate industriile.

Sunt utilizate în senzorii de parcare auto și pentru a controla umplerea rezervoarelor cu substanțe lichide, în vrac și gazoase, pentru comutarea liniilor automate, pentru centrele de mașini, mașini, transportoare, sisteme de alarmă și altele.

Tipuri de senzori capacitivi și aplicațiile lor

Senzori de proximitate

În prezent, unul dintre cei mai folosiți senzori capacitivi sunt senzorii de proximitate, care, pe lângă faptul că sunt extrem de fiabili, au o gamă foarte largă de avantaje.

Senzorii de acest tip sunt folosiți în aproape toate zonele, deoarece au un preț foarte rezonabil. Acestea sunt utilizate pentru a monitoriza nivelul de umplere a diferitelor containere, pentru a controla tensiunea, pentru a semnaliza în caz de probleme pe liniile de producție și altele.

Codificatoare capacitive pentru mișcări unghiulare și liniare

Senzori de acest tip sunt folosiți în industrii precum inginerie mecanică, energie, transport, construcții și altele.

inclinometers

Inclinometrele capacitive sunt utilizate pe platformele petroliere în sistemele de nivelare, pentru a determina deformarea suporturilor, pentru a monitoriza și controla panta drumurilor și căilor ferate în timpul construcției lor, pentru a determina calitatea mașinilor, navelor, ascensoarelor, echipamentelor de ridicare, utilajelor agricole pentru a determina deplasarea unghiulară a obiectelor rotative, cum ar fi ca arbori, angrenaje și mecanisme, atât staționare cât și mobile.

Senzori de nivel capacitiv

Senzorii de acest tip sunt folosiți în sistemele de monitorizare, reglare și control al proceselor din industria alimentară, farmaceutică, chimică și petrolieră.

Acestea sunt extrem de eficiente în manipularea lichidelor, a solidelor în vrac, a substanțelor vâscoase conductive și non-conductoare, precum și în medii de lucru dure în încăperi sau locuri în care se acumulează praf sau condens.

Senzorii capacitivi sunt utilizați pe scară largă în industrii care necesită o măsurare exactă a presiunii totale, grosimea materialelor dielectrice, umiditate, deformări liniare și unghiulare și altele.

Clasificarea senzorilor capacitivi în funcție de metoda de implementare a acestora

Toate tipurile de senzori capacitivi pot fi împărțiți în două grupuri: senzori cu unul și două rezervoare. Acestea din urmă sunt împărțite în continuare în diferențial și semi-diferențial.

Senzorii cu o singură capacitate au un design simplu și sunt condensatori variabili. Acest tip de senzor prezintă mai multe dezavantaje, care includ influențe semnificative asupra mediului, cum ar fi umiditatea și temperatura.

Dezavantajul senzorilor cu un design diferențial este că diferă de senzorii cu o singură capacitate, iar senzorii diferențiali au cel puțin trei fire de conectare între senzor și dispozitivul de măsurare pentru a neutraliza efectele negative ale umidității și temperaturii.

Cu toate acestea, datorită acestui mic dezavantaj, senzorii diferențiali își cresc semnificativ precizia și stabilitatea și, prin urmare, își extind câmpul de aplicare.

Beneficiile senzorilor capacitivi
În comparație cu senzorii optici, inductivi și piezoelectrici competitivi, senzorii capacitivi au multe avantaje, printre care:

• ușurință în producție - materiale ieftine sunt utilizate pentru fabricarea senzorilor capacitivi, ceea ce afectează prețul final al produsului;
• dimensiuni mici și greutate;
• consum redus de putere;
• grad ridicat de sensibilitate;
• fără contact (nu trebuie să fie în apropierea obiectului de studiu;
• durată de viață lungă;

Adaptare ușoară a proiectării senzorului pentru diferite sarcini și măsurători.

Limitări
Unele dintre cele mai mari dezavantaje ale senzorilor capacitivi sunt:

• rata de conversie (transfer) relativ mică;
• necesitatea de a lucra la o frecvență mai mare de 50 Hz;
• performanța poate fi afectată de praf și umiditate, iar senzorul poate detecta măsurători incorecte;
• sensibilitate la temperatura.

Senzorii capacitivi sunt simplu de proiectat, rezultând un design durabil și fiabil. Parametrii condensatorului depind doar de caracteristicile acestuia și nu depind de proprietățile materialelor utilizate, dacă sunt selectate corect.

Problema sensibilității lor la temperatură poate fi rezolvată prin alegerea materialului adecvat pentru plăci și a izolației corespunzătoare pentru fixarea lor. Rămâne doar îmbunătățirea protecției lor împotriva efectelor nocive ale prafului, umidității și radiațiilor ionice, iar acest tip de senzori vor avea o gamă și mai largă de aplicații.

Și în final, putem rezuma ...

Senzorii capacitivi folosesc foarte puțină forță mecanică de care au nevoie pentru a muta partea în mișcare, pentru a regla puterea sistemului și pentru a funcționa cu precizie ridicată. Toate acestea fac ca acești senzori indispensabili pentru măsurarea precisă a elementelor conductoare și neconductoare.

Întrebări și răspunsuri:

Care sunt senzorii capacitivi? Single-capacitiv, dublu-capacitiv. La rândul lor, acestea sunt împărțite în: liniare, unghiulare, inclinometre, senzori de nivel, traductoare de presiune.

Pentru ce sunt destinați senzorii capacitivi și cum funcționează? În astfel de senzori, parametrul măsurat se modifică, datorită căruia rezistența se modifică. Astfel de senzori sunt utilizați pentru a converti valorile umidității, presiunii, forței mecanice etc.

Cum funcționează un senzor de nivel capacitiv? Într-un astfel de senzor, din cauza unei modificări a nivelului măsurat, se modifică și capacitatea condensatorului (este format din sondă și pereții rezervorului - cu cât mai mult lichid în rezervor, cu atât capacitatea este mai mare).