Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Капацитивни датчици




Принципът на работа и видове капацитивни сензори. Работа капацитивни сензори е да преобразува измерената стойност на капацитет. Ето защо, капацитивни сензори са параметрични. Принципът на работа на капацитивни сензори се основава на зависимостта на капацитет на кондензатор плочи на големината на разстоянието между тях, диелектрична константа на средата между плочите. Най-широко се използват капацитивни сензори, които измерват линейни премествания. Фиг. 5.25, б показва схема на капацитивен сензор сензор за линейни премествания и зависимостта на капацитет на входния сигнал - ход х.

Фиг. 5.25. Капацитивен линеен сензор изместване

Капацитивни датчици представляват един кондензатор, една плоча на която се премества от стойност х измерва по отношение на фиксирана плоча. Промяна на разстоянието между плочите води до промяна на сондата капацитет. Капацитетът на кондензатора:

0 = С ее S / X,

където Е - относителна диелектрична константа на средата между плочите; д 0 - диелектрична константа (е = 0 8,85'10 -12 F / m); S - площ на плаките; х е разстоянието между плочите.

Така, сондата може да бъде изградена с помощта зависимост С 1 = F (ε), C 2 = F (S), C = F 3 (X). Ако промените разстоянието Х между електродите, функция за превключване C = F 3 (х) е хиперболична функция. Чувствителността на инвертора се увеличава с намаляване разстояние х, така че е препоръчително да се намали началната разстоянието между плочите г-рано (по-малко от 1 мм), която се определя от разпределението на напрежението на въздуха (10 кВ / см за въздух). Малки бизнес движи плочи води до грешки, чрез промяна на разстоянието между плочите, когато температурните колебания, които могат да намалят размера на избор конверторни части и материали.

Чувствителността на капацитивен сензор се определя като съотношението на нарастване на капацитета за постигане на тази промяна в нарастване на измерената стойност. За плосък dvuhobkladochnogo капацитивен сензор за линейно отклонение с въздушна междина е равна на капацитета на

C = 8,85'10 -12 ите / (г Nach + х), (5.4)

където г е началото - първоначалното разстояние между плочите на площ S.

първоначалното разстояние г кланям на избрания за структурни причини, но това не трябва да бъде по-малко от определена стойност, при която е електрическа повреда на кондензатора. За разбивка въздух напрежение е около 3 кВ до 1 мм. Минималното разстояние на въздушната междина в висока чувствителност капацитивни микрометра отнеме около 30 микрона. Чувствителността на равнинна капацитивен сензор се получава чрез диференциране на уравнение (5.4):



S г = DC / DX = -8,85'10 -12 , (5.5)

Чувствителност, както следва от (5.5), не е константа в диапазона от възможно изместване х. Е максимално за малки сигнали (когато плочите са разположени близо един до друг), и бързо се понижава с разстояние плочи. За да се увеличи чувствителността S е подходящо да се намали до г х Nach.

Ако диелектричната плоча да се движат в равнина празнина кондензатор, конвертора може да бъде получена с различна диелектрик. Капацитетът на преобразувателя се определя като капацитета на две паралелни свързани кондензатори. C. Една част д се формира и електродите изолационната пластина, един C 0 - остатък на електрода с пространство interelectrode изпълнен с не плоча. Ако плочата с диелектрична константа е R има дебелина х, равна на разстоянието между електродите, на

C = C д + C 0 = д 0 [Q + Q д (д R - 1)] / г,

където Q - площ на електродите; Q е - част от областта на диелектричната плоча, разположен между електродите.

Фиг. 5.26, и капацитивен сензор верига bpokazany датчик за ъглово преместване и зависимостта на капацитет на входния сигнал - ъгълът на въртене. В този сензор 1, една от пластините е фиксиран, а другите две - може да се върти спрямо оста на плочите не 1.Rasstoyanie промени между плочите, когато въртяща се плоча 2 варира активна област припокриващи плочи 1 и 2 (фигура 5.26, и маркиран с излюпването). което води до промяна в капацитет.

Фиг. 5.26. Капацитивен сензор ъглово отместване

Примери за изпълнение на капацитивни сензори са показани равнина паралелна датчик за преместване, за които C = F 3 (X) (фиг. 5.27, а), и цилиндричен сензор заместване с С2 = F (S) (фиг. 5.27, б).

Фиг. 5.27.Ёmkostnye Датчици: една - самолет-паралелно; б - цилиндричен

Фиг. 5.28 показва сензор капацитивен ниво. Този сензор капацитет варира с промяната на флуидите ниво като проницаемост на средата между фиксираните плочи. Капацитивните сензори се използват в променливо токови вериги. Капацитет е обратно пропорционална на честотата на захранването: X C = 1 / (w C) = 1 / (2P FC), където w = 2p е - ъглова честота; F - честота в Hz.

При ниска мощност честота капацитет е толкова голям, че промяната на ток в електрическата верига с капацитивен датчик е трудно да се определи дори силно чувствителна апаратура. Използването на капацитивни сензори се предпочита най-висока честота мощност (³400 Hz).

Фиг. 5.29 показва капацитивен сензор с цилиндрични електроди, използвани за измерване на нивото на не-провеждане на течни или насипни тела. Човек може да бъде метална пластина, на резервоар или съд с вътрешен радиус R 1 втората подложка е оформен като метален прът или цилиндър с външен радиус R 2. Ако резервоарът се пълни до ниво X течност с диелектрична константа Е и капацитет на сензора може да бъде представена като капацитет на две кондензатори, свързани паралелно:

C = C х + C L - х, (5.6)

където х C - капацитет на дъното на резервоара, пълни с течност; С L - х - горен резервоар на резервоара пълни с въздух.

Фиг. 5.28. сензор капацитивен ниво Фиг. 5.29. сензор капацитивен ниво с цилиндрични електроди и различна диелектрична константа на средата

Сензор чувствителност е по-голяма по-висока диелектрична константа Е и материала, чието ниво се измерва. Контейнери с цилиндрични кондензаторни плочи:

C = д 0 д ,

където L е височината на сензорни пластини, т. е. на максималното ниво на пълнене на резервоара.

Към дъното на датчика за контейнер

С х = д 0 и д , (5.7)

В началото на капацитет на сензора

С L - х = д 0 д , (5.8)

Заместването на формула (5.7) и (5.8) до (5.6), получаваме

C = д 0 (5.9)

и диференциране на (5.9) на ниво, може да получи чувствителен

S D = , (5.10)

От уравнение (5.10) показва, че чувствителността на сензора е постоянна през целия обхват на измерване. При измерване на нивото на химически агресивни флуиди външната и вътрешната облицовка са обхванати от защитно покритие.

капацитивен датчик налягане (фиг. 5.30) е един от кондензатор плочи е плоска кръгла диафрагма 1, налягането получаване R. Други облицовка 2datchika неподвижно и има същия радиус R, така че мембраната и 1. Между плочите на кондензатора има начална въздушна междина г бег. Под влияние на измерените мембранни завои налягане Р, с най-голям обем D е в центъра на мембраната. Неравномерното промяна на въздушната междина между плочите затруднява получаването на капацитета на сензора. Ние го дам в окончателния си вид:

Фиг. 5.30. сензор капацитивен налягане

С = ,

Директен асоциация чувствителен елемент (диафрагма) с елементи на сензора без междинни кинематична осигурява простота на строителство и висока надеждност, както и липсата на триене загуби резултати в висока чувствителност на сензора за налягане. По взаимно преместване в кондензатор плочи, енергията на електрическо поле, което поражда сили прилага към плочите.

Енергията на електрическото поле в кондензатор:

W е = C ,

Капацитивен преобразувателите от този тип с капацитет C и напрежение U атракция сила възниква между плочите, определени от производната на енергията на електрическото поле E W чрез преместване на подвижната плоча г:

F е = ,

Капацитивните сензори се използват за автоматично измерване на дебелината и покриващи материали по време на производството. Така, на фиг. 5.31 е капацитивен сензор за измерване на дебелината на диелектричен материал (например залепваща лента). Между фиксирани кондензаторни плочи 1 се извади от ролки 2 контролирано материал 3. Сензор за капацитет, който е плосък dvuhobkladochny кондензатор с два слоя диелектрик на:

Фиг. 5.31. дебелина капацитивен сензор лента

С = ,

където S - площ на плаките; г - разстоянието между плочите; D-дебелина контролирано материал; Е и диелектрична константа на изпитвания материал. Колкото по-малка е разликата между стойностите на D и г и повече материал диелектрична д и по-висока чувствителност. Подобряване на чувствителността на измерването с капацитивни сензори могат да бъдат постигнати, като изберете подходяща измервателна схема.

Фиг. 5.32. Датчикът за диференциално капацитивен в схема мост

Схеми на включване на капацитивни сензори. Капацитивен датчик, включени в измервателната схема; с промяна в капацитет на климата се превръща в напрежение или ток на честота синусоидално или импулсен ток. Има много различни схеми за измерване, съдържащи капацитивни датчици. Помислете за някои от тях.

За повишаване на точността, чувствителността, както и намаляване на влиянието на механични сензор сили капацитивен да извършите диференциал (фиг. 5.32), която има един фиксиран и две подвижни плочи, както и да включи една верига мост работещ в режим извън равновесие. Датчикът за диференциално капацитивен е кондензатор паралелна плоча с метална обшивка 1, който действа като измерена чрез сила F. Електродът 1 е фиксиран към еластичния суспензия 6 и действието на сила F се премества успоредно на себе си. Под влияние на измерената стойност х на тези инвертори едновременно променят капацитет С1.2 и С1.3.

Две неподвижни плочи 2 и дистанционните елементи 4 и 3izolirovany от корпуса 5. При липса на сила F подложка 1 отнема симетрична позиция спрямо неподвижните електродите 2 и 3. В този кондензатор, образуван от плочите 1 и 2, с равни кондензатор плочи 1 и 3: 1 C -2 = С = С 1-3. Под влияние на измерената сила F преодоляване противопоставяне на еластичния суспензия 6, лигавицата 7 се премества и капацитета на горните и долните кондензатори се увеличава различни признаци:

С 1-3 = C + D C; С 1-2 = C - D В.

Тъй като тези контейнери са включени в съседни клона на веригата на мост, измервателната верига увеличава двойна чувствителност. Силите, действащи между двойките електроди са насочени срещу друга, т.е.. Е. взаимно компенсирани. Мощност мост, изработен от високо-честотен осцилатор (HFO). честота мощност е няколко килохерца. Напрежението в измерване на диагонала на моста зависи от измерената сила. Когато посоката на сила се променя фазата на изходното напрежение от 180 °.

За да се увеличи чувствителността на капацитивен ъглова сензора за преместване с променлива площ припокриващи плочи от фиг. 5.26 употреба система, съставена от няколко фиксирани и подвижни пластини. (. Фигура 5.26) Ако плочите имат формата на полукръг, подвижните плочи и оста на въртене преминава през центъра на кръга плоча, капацитет на промените на сензора в зависимост от ъгъла на завъртане:

C = 8,85'10 - 12 сек (N -1) с / ( г '180),

където N - общият брой на фиксирани и подвижни плочи; S - площ на припокриване плочи при = 0 (напълно прибран подвижна плоча между фиксирано); г - постоянна дистанция между движещите се и неподвижни плочи.

въртене ъгъл променят границите от 0 до 180 °. Всички подвижни плочи са електрически свързани заедно, и всичко фиксирания и свързани помежду си, т.е. извършва паралелно свързване на кондензатори, в които общият капацитет е сумата от капацитета на кондензатори, свързани в паралел.

Чувствителността на сензора се определя като промяна в капацитет, когато включите на 1 °, т.е.. Д.

8,85'10 S = г - 12 S (N -1) / (D '180).

Енкодери се използват в измервателни мост вериги. Включването на капацитивен сензор в мост схема (фиг. 5.32), се захранва от високо източник на честота, може да се определи промяната в капацитет от 0.1%. За да се увеличи се използва чувствителността на диференциален сензор, както е показано на фиг. 5.33. Когато се върти по часовниковата стрелка, подвижната плоча 1 увеличава капацитет между тази плоча и неподвижната плоча 2 и намалява капацитет между фиксираната плоча 1 и плаката 3. Такъв преобразувател се използва за измерване на относително голям линеен (над 1 mm) и ъглови премествания. В тези преобразуватели е лесно да се получи желаната функция преобразуване на характера чрез профилиране на плочи. Диференциална схема осигурява компенсация противодействие момент, тъй като общият капацитет на датчика остава непроменена.

Фиг. 5.33. Диференциална капацитивен свръхчувствителност сензор

Когато датчикът за капацитет в измервателния мост верига AC чувствителност на измерването може да се увеличи, за да се увеличи стойността на захранващото напрежение на моста. Необходимо е да се има предвид риска от повреда между плочите. За значително повишаване на захранващото напрежение между кондензаторни плочи поставя тънък слюда плоча. За да се увеличи чувствителността на измервателната система с капацитивен датчик е необходимо да се увеличи честотата на захранващото напрежение. Това обаче изисква специални мерки за предпазване на веригата и свързване на кабели за да се намали грешката при измерване, причинени от токове на утечка и смущения.

По-високата чувствителност позволява да се получи така наречената резонансната верига. В този случай капацитивен сензор е включен в осцилираща верига заедно с индуктивен импеданс. Резонансната верига е показана на Фиг. 5.34, както добре. Висока честота генератор 1 има честота напрежение е ж и подава чрез трансформатор свързана верига, състояща се от индуктивност L до настройка кондензатор С 0 и капацитивен сензор с г, честотата и константа на генератора на напрежение. Напрежение U, за да вземат от веригата, да е с повишено усилвател и измерва чрез устройство 3, мащабът на които може да се калибрира измерената стойност в единици. Използване на настройка кондензатор С 0 верига е настроен на честота F 0, което е в близост (но не е равно) на честотата на генератора, така че чувствителността на измервателната верига

S = D U / D C

Тя се максимизира

е р = ,

Фиг. 5.34. Резонансната верига на капацитивен датчик за измерване

Приспособяване е с средната стойност на капацитет на сензора в обхвата на възможните промени в измерената стойност:

С А0 = (Стах + C мин) / 2.

В резултат на създаване на напрежение U да вземат от веригата, трябва да е около половината (точка Б на фиг. 5.34, б) от напрежението на резонанс U P (точка D на фиг. 5.34, б). По този начин, на операционната точка Б ще се намира приблизително в средата на един от склоновете на характеристиките на резонанс. Това осигурява висока чувствителност на измерването (до 0.001%) и приблизително линейна скала устройство за измерване 3. И най-малкото движение на сензора за движимо плоча На р води до рязка промяна в схема напрежение. Намаляване на капацитет (C -D q0 C) води до рязко увеличаване на напрежението, увеличаване на капацитет (C + D C q0) -k рязък спад на напрежението. При избора на работната точка на левия наклона на кривата на резонанс (използвайки настройка кондензатор) намаляване на капацитет намалява напрежението и обратно. Резонансната честота на веригата се определя от състоянието на резонанс (капацитивен равенство и индуктивни съпротивления) 2P FL = 1 / (2Т Fc). Кривата на резонанс е по-стръмен от по-малко активен компонент на съпротивлението на веригата. Чувствителността на резонансната верига е доста висока и се увеличава с Q от веригата.

Точност на капацитивен датчик. Електродите на капацитивен датчик, монтирани на изолационните части или разделени от тях. Хетерогенни сензорни елементи на дизайна имат различни коефициенти на линейно разширение. Когато температурата се променя като това води до промяна в разстоянието между електродите, въпреки че тази промяна е малка, тя може да бъде намалено на разстоянието между електродите и предизвиква грешка температура, като мултипликативна и добавки компоненти. Първият може да бъде намалено чрез използване на диференциални датчици.

Номиналната мощност на капацитивните преобразуватели обикновено варира от няколко до стотици PF. При честота от 50 Hz конвертор вътрешно съпротивление достигне стойности на повече от 10 7 ома. С такава висока устойчивост на възможни грешки, причинени от паразитни токове на утечка, и резултата от измерването, засегнати от нестабилността на съпротивлението на изолацията. За да се намали устойчивост на честотен преобразувател увеличения на захранващото напрежение до няколко килохерца и по-висока.

Тъй като общият капацитет на преобразувателя се променя в присъствието на външни метални предмети, инвертора, както и идването му, и телени елементи на измервателната верига, трябва да бъдат защитени. Въпреки това, способността на екрана може да варира в рамките на влиянието на промените влажност, вибрации и други причини. Екранирани кабели могат да променят техния капацитет в техните извивки, в които настоящата тел променя позицията си по отношение на екрана, който да доведе до грешки.

Характеристики на капацитивни преобразуватели. Капацитивни датчици имат редица специфични силни и слаби страни, които определят обхвата на тяхното приложение. капацитивен сензор е проста, тя е с малко тегло и размери. Нейните подвижни електроди могат да бъдат достатъчно твърди, с висока природна честота, която позволява да се измери бързо различна величина. Капацитивните преобразуватели могат да изпълняват с дадена (линейна или нелинейна) функция трансформация. достатъчно често, за да се промени формата на електродите да доведе до желаните функции за преобразуване. Отличителна черта е ниската силата на привличане на електродите.

Основният недостатък на капацитивни преобразуватели е ниската им капацитет и висока устойчивост. За да се намали емисията преобразуватели на напрежение последния висока честота. Все пак, това причинява друг недостатък - сложността на вторични преобразуватели. Недостатъкът е, че резултатът от измерването зависи от промяната на параметрите на кабела. За да се намали грешка на измерване верига и вторичното устройство се поставя в близост до сензора.





; Дата: 12.16.2014; ; Прегледи: 1172; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.26
Page генерирана за: 0.067 сек.