Що таке ємнісний датчик?

Як і деякі інші типи датчиків (наприклад, індуктивні датчики), ємнісні датчики працюють без фізичного контакту з досліджуваним об'єктом. Іншими словами, ці типи датчиків є безконтактними пристроями. З їх допомогою можуть бути виявлені як електропровідні, так і непровідні матеріали. Завдяки цій властивості ємнісні датчики можуть застосовуватися в тих місцях, де, наприклад, індуктивні датчики незастосовні.

Що таке ємнісний датчик його пристрій і режим роботи

Цей тип датчика не дуже складний як пристрій і зазвичай складається з:

Корпуси

Корпус дає можливість зібрати всі елементи в одне ціле. Крім того, він забезпечує надійний захист елементів від зовнішніх факторів, які можуть вплинути на його ефективність. Корпус ємнісного датчика зазвичай виконаний з латуні або поліаміду.

З'єднувач

Це спеціальна смола, яка захищає сенсорні елементи від вологи або інших шкідливих речовин.

Триггер

Тригер створює необхідну потужність сигналу перемикання і величину гістерезису (це різниця в відстані до включення).

світлодіоди

Світлодіоди забезпечують швидке налаштування і показують положення перемикача.

Підсилювач

Підсилює вихідний сигнал до бажаного значення.

демодулятор

Демодулятор змінює високочастотні коливання, поки не зміниться напруга.

Генератор

Він створює електричне поле, яке впливає на об'єкт.

Електроди

Робоча поверхня ємнісного датчика зазвичай являє собою два електроди, які діють як конденсаторні пластини, які підключені до ланцюга зворотного зв'язку генератора. Він, в свою чергу, налаштований на зміну своєї потужності в міру наближення до контрольованого об'єкту.

В результаті цих коливань, коли датчик наближається до об'єкту, генератор генерує зростаючу амплітуду, яка обробляється і створює вихідний сигнал.

Ємнісні датчики наводяться в дію електропровідними об'єктами тадіелектриками. У міру наближення проводить об'єкта відстань спрацьовування стає набагато більше, ніж коли випробовувані об'єкти представляють собою діелектрики (відстань реакції залежить від діелектричної проникності).

Використання
Застосування датчиків цього типу надзвичайно багато і різноманітно. Вони широко використовуються в системах регулювання виробничих процесів практично у всіх галузях промисловості.

Вони використовуються в автомобільній парктронік і для контролю наповнення цистерн рідкими, сипучими і газоподібними речовинами, для вимикачів на автоматичних лініях, для машинних центрів, машин, конвеєрів, систем сигналізації та інших.

Типи ємнісних датчиків і їх застосування

датчики наближення

В даний час одним з найбільш часто використовуваних ємнісних датчиків є датчики наближення, які, крім того, що вони надзвичайно надійні, мають дуже широкий спектр переваг.

Датчики цього типу використовуються практично у всіх областях, так як вони мають дуже розумну вартість. Вони використовуються для контролю рівня заповнення різних ємностей, управління напругою, для сигналізації в разі проблем на виробничих лініях і інших.

Ємнісні датчики для кутових і лінійних переміщень

Датчики цього типу використовуються в таких галузях, як машинобудування, енергетика, транспорт, будівництво та інші.

інклінометри

Ємнісні інклінометри використовуються на нафтових платформах в системах нівелювання, для визначення деформації опор, для моніторингу і контролю ухилу автомобільних і залізниць при їх будівництві, для визначення якості автомобілів, судів, ліфтів, піднімального устаткування, сільськогосподарської техніки для визначення кутового зміщення обертових об'єктів, таких як вали, шестерні та механізми, як стаціонарних, так і рухомих.

Ємнісні датчики рівня

Датчики цього типу використовуються в системах моніторингу, регулювання та контролю процесів в харчовій, фармацевтичній, хімічній і нафтовій промисловості.

Вони надзвичайно ефективні при роботі з рідинами, сипучими матеріалами, які проводять і непроводящими грузлими речовинами, а також у важких робочих умовах в приміщеннях або місцях, де накопичується пил або конденсат.

Ємнісні датчики широко використовуються в галузях, де потрібне точне вимірювання загального тиску, товщини діелектричних матеріалів, вологості, лінійних і кутових деформацій і інших.

Класифікація ємнісних датчиків за способом їх реалізації

Всі типи ємнісних датчиків можна розділити на дві групи: датчики з однієї і двома ємностями. Останні далі діляться на диференціальні і полудіфференціальние.

Датчики з одного ємністю мають просту конструкцію і являють собою конденсатори зі змінною ємністю. Цей тип датчиків має ряд недоліків, які включають значний вплив зовнішнього середовища, такий як вологість і температура

Недолік датчиків з диференціальної конструкцією полягає в тому, що вони відрізняються від датчиків з одного ємністю, а диференціальні мають як мінімум три сполучних дроти між датчиком і вимірювальним пристроєм для нейтралізації негативного впливу вологості і температури.

Однак через це невеликого недоліку диференціальні датчики значно підвищують їх точність і стабільність і тим самим розширюють область їх застосування.

Плюси ємнісних датчиків
У порівнянні з конкурентними оптичними, індуктивними і п'єзоелектричними датчиками ємнісні датчики мають багато переваг, серед яких:

• простота виробництва – виготовлення ємнісних датчиків використовуються дешеві матеріали, що впливає кінцеву ціну продукту;
• малий розмір і вага;
• низьке енергоспоживання;
• високий ступінь чутливості;
• безконтактний (вони не обов'язково повинні бути поруч з об'єктом дослідження;
• тривалий термін служби;

Проста адаптація конструкції сенсора під різні завдання і вимірювання.

Недоліки
Деякі з найбільших недоліків ємнісних датчиків:

• порівняно невеликий коефіцієнт конверсії (передачі);
• необхідність роботи на частоті вище 50 Гц;
• на продуктивність може впливати пил і волога, а датчик може виявити неправильне вимір;
• температурна чутливість.

Ємнісні датчики відрізняються простотою виконання, що дозволяє створити довговічну і надійну конструкцію. Параметри конденсатора залежать тільки від його характеристик і не залежать від властивостей використовуваних матеріалів, якщо вони правильно вибрані.

Проблему їх чутливості до температури можна вирішити, вибравши відповідний матеріал для пластин і відповідну ізоляцію для їх кріплення. Залишається тільки поліпшити їх захист від шкідливого впливу пилу, вологи і іонного випромінювання, і цей тип датчиків матиме ще більший спектр застосування.

І, нарешті, ми можемо підвести підсумок ...

Ємнісні датчики використовують дуже невелику механічну силу, яка їм необхідна для переміщення рухомої частини, дозволяють регулювати вихід системи та працюють з високою точністю. Все це робить ці датчики незамінними для точного вимірювання провідних та непровідних елементів.

Питання та відповіді:

Які є ємнісні датчики? Одноємнісні, двоємнісні. У свою чергу, вони діляться на: лінійні, кутові, інкліномери, датчики рівня, перетворювачі тиску.

Навіщо призначені і як працюють ємнісні датчики? У таких датчиках змінюється параметр, що вимірювається, завдяки чому змінюється опір. Такі датчики використовуються для перетворення величини вологості, тиску, сили механічного впливу і т.д.

Як працює ємнісний датчик рівня? У такому датчику за рахунок зміни рівня, що вимірюється, змінюється і ємність конденсатора (його формує зонд і стінки резервуара – чим більше в резервуарі рідини, тим вище ємність).