Co to jest czujnik pojemnościowy?

Podobnie jak niektóre inne typy czujników (na przykład czujniki indukcyjne), czujniki pojemnościowe działają bez fizycznego kontaktu z badanym obiektem. Innymi słowy, tego rodzaju czujniki są urządzeniami bezdotykowymi. Za ich pomocą można wykryć zarówno materiały przewodzące elektrycznie, jak i nieprzewodzące. Ze względu na tę właściwość czujniki pojemnościowe mogą być stosowane w miejscach, w których na przykład czujniki indukcyjne nie mają zastosowania.

Co to jest czujnik pojemnościowy, jego urządzenie i sposób działania

Ten typ czujnika nie jest bardzo skomplikowany jako urządzenie i zwykle składa się z:

Załączniki

Obudowa umożliwia złożenie wszystkich elementów w jeden. Ponadto zapewnia niezawodną ochronę elementów przed czynnikami zewnętrznymi, które mogą wpływać na jego skuteczność. Obudowa czujnika pojemnościowego jest zwykle wykonana z mosiądzu lub poliamidu.

Złącze

Jest to specjalna żywica, która chroni elementy czujnika przed wilgocią lub innymi szkodliwymi substancjami.

Spust

Wyzwalacz wytwarza niezbędną moc sygnału przełączającego i wartość histerezy (jest to różnica odległości przed włączeniem).

Diody LED

Diody LED zapewniają szybką konfigurację i wskazują położenie przełącznika.

Wzmacniacz

Zwiększa moc wyjściową do pożądanej wartości.

Demodulator

Demodulator zmienia oscylacje o wysokiej częstotliwości do momentu zmiany napięcia.

Generator

Tworzy pole elektryczne, które działa na przedmiot.

Elektrody

Powierzchnią roboczą czujnika pojemnościowego są zwykle dwie elektrody, które działają jak płytki kondensatora, które są podłączone do obwodu sprzężenia zwrotnego generatora. On z kolei jest skonfigurowany do zmiany swojej mocy, gdy zbliża się do kontrolowanego obiektu.

W wyniku tych oscylacji, gdy czujnik zbliża się do obiektu, generator generuje rosnącą amplitudę, która jest przetwarzana i wytwarza sygnał wyjściowy.

Czujniki pojemnościowe są napędzane przez przedmioty przewodzące prąd i dielektryki. W miarę zbliżania się obiektu przewodzącego odległość reakcji staje się znacznie większa niż wtedy, gdy obiektami testowymi są dielektryki (odległość reakcji zależy od stałej dielektrycznej).

Używać
Zastosowanie czujników tego typu jest niezwykle duże i różnorodne. Są szeroko stosowane w systemach kontroli procesów przemysłowych w prawie wszystkich branżach.

Są stosowane w samochodowych czujnikach parkowania oraz do kontrolowania napełniania zbiorników substancjami płynnymi, sypkimi i gazowymi, do wyłączników automatycznych linii, centrów maszyn, maszyn, przenośników, systemów alarmowych i innych.

Rodzaje czujników pojemnościowych i ich zastosowanie

Czujniki zbliżenia

Obecnie jednym z najczęściej stosowanych czujników pojemnościowych są czujniki zbliżeniowe, które oprócz tego, że są wyjątkowo niezawodne, mają bardzo szeroki zakres zalet.

Czujniki tego typu są używane prawie we wszystkich obszarach, ponieważ mają bardzo rozsądny koszt. Służą do kontroli poziomu napełnienia różnych pojemników, kontroli napięcia, sygnalizowania problemów w liniach produkcyjnych i innych.

Czujniki pojemnościowe do ruchów kątowych i liniowych

Czujniki tego typu są stosowane w branżach takich jak inżynieria, energia, transport, budownictwo i inne.

Inklinometry

Inklinometry pojemnościowe stosuje się na platformach wiertniczych w systemach poziomujących, w celu określenia deformacji podpór, monitorowania i kontrolowania nachylenia dróg i kolei podczas ich budowy, w celu określenia jakości samochodów, statków, wind, urządzeń dźwigowych, maszyn rolniczych w celu określenia przesunięcia kątowego obracających się obiektów, takich jak oba wały, koła zębate i mechanizmy, zarówno stacjonarne, jak i mobilne.

Pojemnościowe czujniki poziomu

Czujniki tego typu są stosowane w systemach monitorowania, regulacji i kontroli procesów w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, chemicznym i naftowym.

Są niezwykle skuteczne podczas pracy z cieczami, materiałami sypkimi, przewodzącymi i nieprzewodzącymi lepkimi substancjami, a także w trudnych warunkach pracy w pomieszczeniach lub miejscach, w których gromadzi się pył lub kondensat.

Czujniki pojemnościowe są szeroko stosowane w branżach, w których wymagany jest dokładny pomiar ciśnienia całkowitego, grubości materiałów dielektrycznych, wilgotności, deformacji liniowych i kątowych i innych.

Klasyfikacja czujników pojemnościowych według metody ich realizacji

Wszystkie typy czujników pojemnościowych można podzielić na dwie grupy: czujniki z jednym i dwoma pojemnikami. Te ostatnie są dalej podzielone na różnicowe i pół-różnicowe.

Czujniki o jednej pojemności mają prostą konstrukcję i są kondensatorami o zmiennej pojemności. Ten typ czujnika ma kilka wad, które obejmują znaczące wpływy środowiska, takie jak wilgotność i temperatura.

Wadą czujników o konstrukcji różnicowej jest to, że różnią się one od czujników o jednej pojemności, podczas gdy czujniki różnicowe mają co najmniej trzy przewody łączące między czujnikiem a urządzeniem pomiarowym, aby zneutralizować negatywne skutki wilgoci i temperatury.

Jednak z powodu tej małej wady czujniki różnicowe znacznie zwiększają ich dokładność i stabilność, a tym samym rozszerzają ich zakres.

Plusy czujników pojemnościowych
W porównaniu do konkurencyjnych czujników optycznych, indukcyjnych i piezoelektrycznych czujniki pojemnościowe mają wiele zalet, w tym:

• łatwość produkcji - do produkcji czujników pojemnościowych wykorzystywane są tanie materiały, co wpływa na ostateczną cenę produktu;
• mały rozmiar i waga;
• niskie zużycie energii;
• wysoki stopień wrażliwości;
• brak kontaktu (nie muszą znajdować się w pobliżu przedmiotu badań;
• długa żywotność;

Proste dostosowanie konstrukcji czujnika do różnych zadań i pomiarów.

Ograniczenia
Niektóre z największych wad czujników pojemnościowych to:

• stosunkowo niewielki współczynnik konwersji (transmisji);
• potrzeba pracy na częstotliwości powyżej 50 Hz;
• na działanie może mieć wpływ pył i wilgoć, a czujnik może wykryć nieprawidłowy pomiar;
• wrażliwość na temperaturę.

Czujniki pojemnościowe wyróżniają się prostotą, która umożliwia stworzenie trwałej i niezawodnej konstrukcji. Parametry kondensatora zależą tylko od jego właściwości i nie zależą od właściwości użytych materiałów, jeśli są odpowiednio dobrane.

Problem ich wrażliwości na temperaturę można rozwiązać, wybierając odpowiedni materiał na płyty i odpowiednią izolację do ich zamocowania. Pozostaje tylko poprawić ich ochronę przed szkodliwym działaniem pyłu, wilgoci i promieniowania jonowego, a ten rodzaj czujnika będzie miał jeszcze szerszy zakres zastosowań.

I na koniec możemy podsumować ...

Czujniki pojemnościowe wykorzystują bardzo niewielką siłę mechaniczną, której potrzebują do poruszania ruchomej części, regulacji mocy wyjściowej systemu i działają z dużą dokładnością. Wszystko to sprawia, że ​​czujniki te są niezbędne do dokładnego pomiaru elementów przewodzących i nieprzewodzących.

Pytania i odpowiedzi:

Jakie są czujniki pojemnościowe? Pojedyncza pojemnościowa, podwójna pojemnościowa. Z kolei dzielą się na: liniowe, kątowe, inklinometry, czujniki poziomu, przetworniki ciśnienia.

Do czego przeznaczone są czujniki pojemnościowe i jak działają? W takich czujnikach zmienia się mierzony parametr, przez co zmienia się rezystancja. Takie czujniki służą do przeliczania wartości wilgotności, ciśnienia, siły mechanicznej itp.

Jak działa pojemnościowy czujnik poziomu? W takim czujniku, na skutek zmiany mierzonego poziomu, zmienia się również pojemność kondensatora (tworzą go sonda i ścianki zbiornika - im więcej cieczy w zbiorniku, tym wyższa pojemność).