Емкостные датчики угла

Емкостные датчики

В современное время на предприятиях промышленности используется огромное количество различных специальных приборов и устройств. Они исполняют важные функции в технологических процессах. В зависимости от конкретного примера это позволяет ускорить, обезопасить, улучшить качество или управляемость процесса.

Одним из таких устройств является датчик емкостного типа. Он позволяет контролировать значение определенных технологических параметров за счет зависимости между величиной своего емкостного сопротивления и значением контролируемого параметра.

Емкостным датчиком называют преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение емкостного сопротивления.

Области применения емкостных датчиков

Возможные области применения емкостных датчиков чрезвычайно разнообразны. Они используются в системах регулирования и управления производственными процессами почти во всех отраслях промышленности. Емкостные датчики применяются для контроля заполнения резервуаров жидким, порошкообразным или зернистым веществом, как конечные выключатели на автоматизированных линиях, конвейерах, роботах, обрабатывающих центрах, станках, в системах сигнализации, для позиционирования различных механизмов и т. д.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили датчики приближения (присутствия), которые помимо своей надежности, имеют широкий ряд преимуществ. Имея сравнительно низкую стоимость, датчики приближения охватывают огромный спектр направленности по своему применению во всех отраслях промышленности. Типичными областями использования емкостных датчиков этого типа являются:

сигнализация заполнения емкостей из пластика или стекла;

контроль уровня заполнения прозрачных упаковок;

сигнализация обрыва обмоточного провода;

регулирование натяжения ленты;

поштучный счет любого вида и др.

Емкостные датчики линейных и угловых перемещений являются наиболее распространенными приборами, широко используемыми в машиностроении и на транспорте, строительстве и энергетике, в различных измерительных комплексах.

Сравнительно новыми приборами, доведенными до широкого промышленного применения в последние годы, стали малогабаритные емкостные инклинометры с электрическим выходным сигналом, пропорциональным углу наклона датчика. . В качестве основных можно считать следующие области применения инклинометров: использование в системах горизонтирования платформ, определение величины прогибов и деформаций различного рода опор и балок, контроль углов наклона автомобильных и железных дорог при их строительстве, ремонте и эксплуатации, определение крена автомобилей, кораблей и подводных роботов, подъемников и кранов, экскаваторов, сельскохозяйственных машин, определение углового перемещения различного рода вращающихся объектов – валов, колес, механизмов редукторов как на стационарных, так и подвижных объектах.

Емкостные датчики уровня находят применение в системах контроля, регулирования и управления производственными процессами в пищевой, фармацевтической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности. Они эффективны при работе с жидкостями, сыпучими материалами, пульпой, вязкими веществами (проводящими и непроводящими), а также в условиях образования конденсата, запыленности.

Емкостные датчики также находят применение в различных отраслях промышленности для измерения абсолютного и избыточного давления, толщины диэлектрических материалов, влажности воздуха, деформации, угловых и линейных ускорений и др.

Преимущества емкостных датчиков по сравнению с датчиками других типов

Емкостные датчики обладают целым рядом преимуществ по сравнению с датчиками других типов. К их достоинствам относятся:

простота изготовления, использование недорогих материалов для производства; — малые габариты и вес; — низкое потребление энергии; — высокая чувствительность;

отсутствие контактов (в некоторых случаях – один токосъем);

потребность весьма малых усилий для перемещения подвижной части емкостного датчика;

простота приспособления формы датчика к различным задачам и конструкциям;

Недостатки емкостных датчиков

К недостаткам емкостных датчиков следует отнести:

сравнительно небольшой коэффициент передачи (преобразования);

высокие требования к экранировке деталей;

необходимость работы на повышенной (по сравнению с 50 Гц) частоте;

Однако в большинстве случаев можно добиться достаточной экранировки за счет конструкции датчика, а практика показывает, что емкостные датчики дают хорошие результаты на широко распространенной частоте 400 Гц. Присущий конденсаторам краевой эффект становится значительным, лишь когда расстояние между обкладками сравнимо с линейными размерами рассматриваемых поверхностей. Этот эффект можно в некоторой степени устранить, использую защитное кольцо, позволяющее вынести его влияние за границы поверхности обкладок, реально используемой при измерении.

Емкостные датчики замечательны своей простотой, что позволяет создавать прочные и надежные конструкции. Параметры конденсатора зависят только от геометрических характеристик и не зависят от свойств используемых материалов, если эти материалы правильно подобраны. Следовательно, можно сделать пренебрежимым влияние температуры на изменения площади поверхности и расстояния между обкладками, правильно подбирая марку металла для обкладок и изоляцию для их крепления. Остается лишь защищать датчик от тех факторов окружающей среды, которые могут ухудшить изоляцию между обкладками, – от пыли, коррозии, влажности, ионизирующей радиации.

Ценные качества емкостных датчиков – малая величина механического усилия, необходимого для перемещения его подвижной части, возможность регулировки выхода следящей системы и высокая точность работы – делают емкостные датчики незаменимыми в приборах, в которых допускаются погрешности лишь в сотые и даже тысячные доли процента.

Типы емкостных преобразователей и их конструктивные особенности

Обычно емкостный датчик представляет собой плоский или цилиндрический конденсатор, одна из обкладок которого испытывает подвергаемое контролю перемещение, вызывая изменение емкости. Пренебрегая краевыми эффектами, можно выразить емкость для плоского конденсатора следующим образом:

где ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды, заключенной между обкладками, S и d – площадь поверхности рассматриваемых обкладок и расстояние между ними соответственно.

Емкостные преобразователи могут быть использованы при измерении различных величин по трем направлениям в зависимости от функциональной связи измеряемой неэлектрической величины со следующими параметрами:

переменной диэлектрической проницаемостью среды ε ;

площадью перекрытия обкладок S ;

изменяющимся расстоянием между обкладками d .

В первом случае емкостные преобразователи можно применять для анализа состава вещества, поскольку диэлектрическая проницаемость является функцией свойств вещества. При этом естественной входной величиной преобразователя будет состав вещества, заполняющего пространство между пластинами. Особенно широко емкостные преобразователи этого типа применяются при измерении влажности твердых и жидких тел, уровня жидкости, а так же определения геометрических размеров небольших объектов. В большинстве случаев практического использования емкостных преобразователей их естественной входной величиной является геометрическое перемещение электродов относительно друг друга. На основе этого принципа построены датчики линейных и угловых перемещений, приборы измерений усилий, вибраций, скорости и ускорения, датчики приближения, давления и деформации (экстензометры).

Классификация емкостных датчиков

По способу исполнения все емкостные измерительные преобразователи можно разделить на одноемкостные и двухъемкостные датчики. Последние бывают дифференциальными и полудифференциальными.

Одноемкостный датчик прост по конструкции и представляет собой один конденсатор с переменной емкостью. К его минусам относится значительное влияние внешних факторов, таких как влажность и температура. Для компенсации указанных погрешностей применяют дифференциальные конструкции . Недостатком таких датчиков по сравнению с одноемкостными является необходимость как минимум трех (вместо двух) экранированных соединительных проводов между датчиком и измерительным устройством для подавления так называемых паразитных емкостей. Однако этот недостаток окупается существенным повышением точности, стабильности и расширением области применения таких устройств.

В некоторых случаях дифференциальный емкостный датчик создать затруднительно по конструкторским соображениям (особенно это относится к дифференциальным датчикам с переменным зазором). Однако если и при этом образцовый конденсатор разместить в одном корпусе с рабочим, выполнить их по возможности идентичными по конструкции, размерам, применяемым материалам, то будет обеспечена значительно меньшая чувствительность всего устройства к внешним дестабилизирующим воздействиям. В таких случаях можно говорить о полудифференциальном емкостном датчике, который, как и дифференциальный, относится к двухъемкостным.

Специфика выходного параметра двухъемкостных датчиков, который представляется как безразмерное соотношение двух размерных физических величин (в нашем случае – емкостей), дает основание именовать их датчиками отношения. При использовании двухъемкостных датчиков измерительное устройство может вообще не содержать образцовых мер емкости, что способствует повышению точности измерения.

Датчики линейных перемещений

Неэлектрические величины, подлежащие измерению и контролю, весьма многочисленны и разнообразны. Значительную их часть составляют линейные и угловые перемещения. На основе конденсатора, у которого электрическое поле в рабочем зазоре равномерно, могут быть созданы конструкции емкостных датчиков перемещения двух основных типов:

с переменной площадью электродов;

с переменным зазором между электродами.

Достаточно очевидно, что первые более удобны для измерения больших перемещений (единицы, десятки и сотни миллиметров), а вторые – для измерения малых и сверхмалых перемещений (доли миллиметра, микрометры и менее).

Датчики угловых перемещений

Емкостные измерительные преобразователи угловых перемещений подобны по принципу действия емкостным датчикам линейных перемещений, причем датчики с переменной площадью также более целесообразны в случае не слишком малых диапазонов измерения (начиная с единиц градусов), а емкостные датчики с переменным угловым зазором могут с успехом использоваться для измерения малых и сверхмалых угловых перемещений. Обычно для угловых перемещений используют многосекционные преобразователи с переменной площадью обкладок конденсатора.

В таких датчиках один из электродов конденсатора крепится к валу объекта, и при вращении смещается относительно неподвижного, меняя площадь перекрытия пластин конденсатора. Это в свою очередь вызывает изменение емкости, что фиксируется измерительной схемой.

Инклинометр (датчик крена) представляет собой дифференциальный емкостной преобразователь наклона, включающий в себя чувствительный элемент в форме капсулы.

Устройство емкостного инклинометра

Капсула состоит из подложки с двумя планарными электродами 1, покрытыми изолирующим слоем, и герметично закрепленным на подложке корпусом 2. Внутренняя полость корпуса частично заполнена проводящей жидкостью 3, которая является общим электродом чувствительного элемента. Общий электрод образует с планарными электродами дифференциальный конденсатор. Выходной сигнал датчика пропорционален величине емкости дифференциального конденсатора, которая линейно зависит от положения корпуса в вертикальной плоскости.

Инклинометр спроектирован так, что имеет линейную зависимость выходного сигнала от угла наклона в одной – так называемой рабочей плоскости и практически не изменяет показания в другой (нерабочей) плоскости, при этом его сигнал слабо зависит от изменения температуры. Для определения положения плоскости в пространстве используется два, расположенных под углом 90° друг к другу инклинометра.

Малогабаритные инклинометры с электрическим выходным сигналом, пропорциональным углу наклона датчика, являются сравнительно новыми приборами. Их высокая точность, миниатюрные размеры, отсутствие подвижных механических узлов, простота крепления на объекте и низкая стоимость делают целесообразным использовать их не только в качестве датчиков крена, но и заменять ими угловые датчики, причем не только на стационарных, но и на подвижных объектах.

Емкостные датчики уровня жидкости

Емкостной преобразователь для измерения уровня непроводящей жидкости представляет собой два параллельно соединенных конденсатора

Одной из основных конструкций емкостного преобразователя давления является одностаторная, которая применяется для измерения абсолютного давления (электрические датчики давления).

Такой датчик состоит из металлической ячейки, разделенной на две части туго натянутой плоской металлической диафрагмой, с одной стороны которой расположен неподвижный изолированный от корпуса электрод. Электрод с диафрагмой образуют переменную емкость, которая включена в измерительную схему. Когда давление по обеим сторонам диафрагмы одинаково, датчик сбалансирован. Изменение давления в одной из камер деформирует диафрагму и изменяет емкость, что фиксируется измерительной схемой.

В двухстаторной (дифференциальной) конструкции диафрагма перемещается между двумя неподвижными пластинами в одну из двух камер подается опорное давление, что обеспечивает прямое измерение дифференциального (избыточного или разностного) давления с наименьшей погрешностью.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Сравнение индуктосинов с оптическими, емкостными и другими индукционными датчиками

Индукционные датчики углового положения типа “индуктосин” дополняют линейку продуктов KUBO для построения современных отечественных электроприводов мехатронных и робототехнических систем специального и промышленного назначения.

Среди всего многообразия физических принципов для создания датчиков углового положения KUBO остановилась именно на индукционном принципе, как обеспечивающим неоспоримые преимущества перед оптическими, емкостными, магнитными и резистивными датчиками в задачах, требующих высокой точности и стойкости к внешним воздействующим факторам.

Принцип работы индукционных датчиков углового положения

В 1831 г. Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, в соответствии с которым электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в замкнутом конторе, равна производной магнитного потока, проходящего через этот контур, взятой с отрицательным знаком, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принцип электромагнитной индукции

Этот принцип можно распространить на систему из двух катушек индуктивности (обмоток), расположенных в пространстве так, что они могут иметь общий магнитный поток Ф. Создаваемый первичной обмоткой магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке ЭДС U, величина которой пропорциональна скорости изменения общего магнитного потока обмоток dФ/dt. Отношение величины магнитного потока Ф к току в первичной обмотке называется взаимной индуктивностью.

Принцип работы индукционных датчиков, таких так синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) и индуктосины, состоит в том, что взаимная индуктивность катушек является функцией угла поворота между ними.

Сравнение с емкостными датчиками

Аналогично индукционным датчикам емкостные датчики построены на принципе модуляции взаимной емкости вращающихся тел углом их взаимного поворота.

Емкость между двумя пластинами, как следует из рисунка 2, определяется площадью их перекрытия, расстоянием между пластинами и диэлектрической проницаемостью среды между ними. Диэлектрическую проницаемость ε принято выражать в виде произведения абсолютной диэлектрической проницаемости ε₀ = 8.85×10⁻¹² Ф/м на относительную диэлектрическую проницаемость εᵣ, ε = ε₀·εᵣ.

Если конструктивно выполнить емкостной датчик угла так, что площадь перекрытия пластин будет являться функцией угла, то, измеряя емкость между ними, можно определить угол. Пластины технологично выполнять в виде печатных плат.

Рисунок 2 – Емкость между двумя пластинами

Для получения достаточного уровня сигнала с емкостного датчика расстояние между пластинами d должно быть существенно меньше 1 мм.

Недостатки емкостных датчиков следуют из физического принципа их работы.

Взаимная емкость между пластинами подвержена влиянию изменения температуры окружающей среды из-за температурной зависимости расстояния d между пластинами, которая имеет тем больший относительный вклад, чем меньше абсолютная величина расстояния d.

Малое расстояние между пластинами само по себе накладывает высокие требования к точности изготовления корпусных деталей, несущих емкостной датчик угла.

Другим фактором, влияющим на нестабильность характеристик емкостных датчиков, является непостоянство диэлектрической проницаемости ε среды между пластинами. Так, в случае выпадения на поверхности пластин росы с относительной диэлектрической проницаемостью εᵣ = 81, показания датчика будут неточными. По этой причине применение емкостных датчиков может быть рекомендовано только в системах, заполненных сухим воздухом или иным газом.

Некоторые емкостные датчики могут оказаться чувствительными к емкостным наводкам, имеющим место в электроприводах ввиду высокой скорости изменения потенциала dU/dt проводов питания, вызванной работой ключей силового инвертора.

Описанных недостатков лишены индуктосины, т. к. расстояние между ротором и статором индуктосинов KUBO составляет около 1 мм, а индукционный принцип работы обеспечивает независимость показаний датчика от диэлектрической проницаемости среды ε.

Сравнение с оптическими датчиками

Существуют два наиболее распространенных конструктивных исполнения оптических датчиков угла. К первому типу отнесем датчики кольцевого типа, у которых оптическая головка считывает положение с масштабного кольца с нанесенным на него кодом. Ко второму типу отнесем датчики, работающие по принципу просвечивания диска с нанесенными на нем метками, которые могут иметь характерный размер в единицы микрон.

Несмотря на то, что дорогостоящие оптические датчики могут иметь очень высокую разрешающую способность и точность, они обладают следующими недостатками по сравнению с индукционными датчиками:

– датчики кольцевого типа часто предъявляют крайне высокие требования к точности взаимного расположения кольца и считывающий головки;

– датчики кольцевого типа очень чувствительны к загрязнению и повреждению масштабного кольца, а также выпадению росы;

– все оптические датчики чувствительны к ударам и вибрациям.

По этим причинам оптические датчики не подходят для применения в составе электроприводов, размещенных на подвижных носителях, работающих в широком температурном диапазоне.

Сравнение с вращающимися трансформаторами

Несмотря на то, что индуктосины и синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ или резольверы) используют индукционный принцип, между ними существуют существенные различия.

Основные отличия классических СКВТ от индуктосинов состоят в отсутствии у индуктосинов магнитопровода и намотанных медным проводом катушек. Эти обстоятельства обуславливают ряд преимуществ индуктосинов:

– отсутствие погрешности, связанной с явлением гистерезиса в железном сердечнике;

– существенно меньшую массу индуктосинов;

– высокую технологичность производства обмоток индуктосинов методом печатного монтажа.

Кроме того, некоторые высокоточные двухотсчетные СКВТ могут иметь зазор между статором и ротором порядка 50 ÷ 100 мкм, что накладывает высокие требования к точности изготовления корпусных деталей.

Индуктосины KUBO обладают встроенным контроллером цифровой обработки сигналов, реализующим сложные алгоритмы усиления и преобразования аналоговых сигналов, а также последующее извлечение из них информации об угловом положении ротора. В отличие от СКВТ индуктосины являются законченным решением, не требующим внешней электроники (АЦП ВТ, resolver to digital converter и т. п.).

Индуктосины могут быть подключены непосредственно к микроконтроллеру электропривода, имеющему распространенный интерфейс SPI с физическим уровнем стандарта RS-422.

Заполненный прочным компаундом внутренний объем индуктосинов, показанный на рисунке 3, обеспечивает прекрасную устойчивость к таким внешним воздействующим факторам как вибрация, удары и влажность.

Рисунок 3 – Вид разреза индуктосина

Выводы

Отечественные индуктосины KUBO, использующие индукционный принцип для определения углового положения ротора, являются оптимальным решением для современных цифровых электроприводов, подверженных широкому спектру внешних воздействующих факторов.

Особенности емкостных датчиков

Основными достоинствами применения емкостных датчиков являются:

Из ограничений емкостных датчиков следует выделить:

Виды емкостных датчиков?

По типу исполнения оборудование бывает 2 видов.

Простейшее устройство, которое представляет собой переменный конденсатор. При этом стоит отметить, что простота конструкции ведет к чувствительности таких приборов к негативным внешним факторам, таких как влага, перепады температур и т.п.

В схеме таких датчиков используются два переменных конденсатора. Они могут быть дифференциальными, обладающие высокой устойчивостью к внешним факторам, стабильностью и точностью при работе, и полудифференциальными, которые применяются, если первый тип использовать не получается.

По принципу действия или по контролируемой величине емкостные датчики делятся на:

Датчики линейных перемещений. В таких датчиках линейное перемещение объекта преобразуется пропорционально в перемещение пластин конденсатора, что приводит к изменению емкости. По этому значению емкости можно вычислить расстояние, на которое переместился объект.

Датчики угловых перемещений. Принцип действия абсолютно схож с предыдущем типом датчика. Отличие лишь в том, что в данном устройстве идет зависимость углового перемещения от емкости.

Инклинометры. Данный тип датчиков применятся для контроля наклона или крена. Основным элементом является капсула, которая располагается в подложке с планарными электродами. В качестве чувствительного электрода выступает проводящая жидкость, которая располагается внутри корпуса. В совокупности оба эти электрода являются дифференциальным конденсатором. Величина сигнала на выходе датчика пропорциональна емкости этого конденсатора, которая зависит от того, где находится корпус по вертикали. То есть угол наклона, который определяется по вертикальному положению, прямо пропорционален емкости конденсатора. Такие датчики обладают высокой точностью измерения, имеют компактный корпус и небольшой вес, и в целом отличное соотношение цена/качество/функциональность.

Датчики уровня. Очень распространены во многих отраслях промышленности для контроля уровня различных технологических веществ в емкостях, баках и т.п. При этом датчики емкостного типа работают, как с жидкостями различной вязкости, так и с сыпучими материалами. Также такие датчики надежно работают в самых сложных ситуациях, при которых идет большое запыление в емкости или образование конденсата.

Датчики давления. Конструкция подобных датчиков давления бывает одностаторная или двухстаторная. В одностаторных устройствах используется металлическая ячейка, которая делиться на части плоской диафрагмой со статичным электродом. Диафрагма и электрод представляют собой переменный конденсатор. При деформации диафрагмы изменяется значение емкости, которое пропорционально приложенному давлению. В двухстаторных приборах диафрагма может двигаться в обе стороны, за счет этого может измеряться дифференциальное давления. Датчики подобного типа имеют незначительную погрешность.

Конструкция и принцип работы

Основным элементом емкостных датчиков является конденсатор, который может быть выполнен в плоском или цилиндрическом виде. Когда подвижная пластина конденсатора начинает перемещаться, увеличивая расстояния до неподвижной пластины, происходит деформация диэлектрика, при этом изменяется его положение, ведущее к изменению диэлектрической проницаемости и еще многих параметров.

Емкость для плоского конденсатора вычисляется по следующей формуле: С = Ɛ×Ɛ0×S/d, где

Датчики емкостного типа работают следующим образом:

Классификация

Одноемкостнй датчик имеет простое устройство и выполнена в виде конденсатора с изменяемой емкостью. Его недостатком является большое влияние внешних воздействий. К ним относятся температура и влажность. Чтобы компенсировать такие неточности, применяют дифференциальные двухъемкостные модели.

В отличие от одноемкостных датчиков, минусом дифференциальных моделей является то, что требуется минимум три соединительных экранированных проводника между измерительным устройством и датчиком, для погашения паразитных емкостей. Однако это компенсируется стабильностью, значительным увеличением точности и расширением сферы использования таких датчиков.

Иногда трудно спроектировать дифференциальный датчик емкостного типа из соображений его устройства. Особенно, если это датчик с изменяемым зазором. Но при расположении образцового конденсатора вместе с рабочим, и выполнении их конструкции одинаковыми, включая все материалы, то будет создана намного меньшая чувствительность устройства к наружному воздействию различных факторов. В этих случаях идет речь о полудифференциальной модели, относящейся к 2-х емкостным приборам.

Специфическая особенность параметра выхода двухъемкостных датчиков, представленная в виде безразмерного соотношения 2-х емкостей, позволяет назвать такие устройства датчиками отношения .

Линейные датчики

Неэлектрические параметры, которые требуется измерять на практике, очень разнообразны и многочисленны. На базе конденсатора, у которого равномерно распределено электрическое поле в рабочем промежутке, создаются устройства емкостных датчиков перемещения следующих видов:

Датчики с переменной площадью удобнее для контроля значительных перемещений, а датчики с изменяемым промежутком удобнее для контроля незначительных перемещений.

Датчики угловых перемещений имеют принцип работы, аналогичный линейным датчикам. При этом эти датчики также рекомендуются для малых интервалов перемещений угла. Для таких целей часто используют в эксплуатации многосекционные модели с изменяемой площадью пластин.

Подобные датчики имеют крепление одного электрода на валу контролируемого объекта. При угловом смещении вала изменяется площадь пластин конденсатора, что приводит к изменению емкости. Это изменение обрабатывается электронной схемой.

Инклинометры

Другими словами такое устройство называют датчиком крена. Они получили название инклинометров, выполнены в виде дифференциального емкостного датчика наклона. Эта конструкция имеет чувствительный компонент в виде капсулы.

Чувствительная капсула включает в себя подложку с планарными электродами (1), которые покрыты диэлектрическим слоем, а также корпус (2), герметично зафиксированный на подложке. Частично внутренняя часть корпуса заполнена токопроводящей жидкостью (3). Она является общим выводом чувствительного компонента.

Общий электрод создает с электродами своеобразный дифференциальный конденсатор. Сигнал выхода датчика прямо зависит от размера емкости, которая зависит от расположения корпуса.

Инклинометр сконструирован с линейной зависимостью сигнала выхода от угла наклона в рабочей плоскости и не меняет значения в нерабочей плоскости. В этом случае сигнал имеет незначительную зависимость от изменения температуры. Чтобы определить расположение плоскости применяется два инклинометра, находящихся между собой под прямым углом.

Инклинометры небольшого размера с сигналом, зависящим от угла наклона датчика, нашли применение совсем недавно. Они имеют высокую точность, малые габариты, у них нет движущихся деталей. Стоимость их также невысока. Все эти достоинства позволяют рекомендовать их для применения датчиками наклона, а также для замены угловых датчиков, в том числе и на движущихся объектах.

Датчики уровня токонепроводящих веществ, находящихся в жидком состоянии, представляют собой схему из двух соединенных параллельно емкостей. Они стали популярными в различных отраслях, системах проверки, при работе с сыпучими и вязкими материалами, в условиях конденсата.

Датчики давления

Конструкция таких датчиков отличается устройством преобразователя. Он выполнен в виде воздушного конденсатора. Одна его пластина является неподвижной, а вторая передвигается под воздействием упругого преобразователя.

Устройство и работа

1 — Корпус датчика обеспечивает возможность установки выключателя, защиту от внешних воздействий различных факторов. Материалом корпуса обычно является полиамид или латунь. В комплект входят крепежные изделия. 2 — Компаунд, состоящей из специальной смолы, создает защиту элементов датчика от попадания влаги и других посторонних веществ. 3 — Триггер создает необходимую крутизну сигнала коммутации и величину гистерезиса. 4 — Подстроечный элемент. 5 — Светодиод обеспечивает оперативность настройки, показывает положение выключателя. 6 — Усилитель повышает сигнал выхода до требуемой величины. 7 — Демодулятор модифицирует изменение колебаний высокой частоты в изменение напряжения. 8 — Генератор создает электрическое поле для воздействия на объект. 9 — Электроды.

Рабочая поверхность датчика выполнена в виде двух металлических электродов. Они играют роль обкладок конденсатора, которые подключены в цепь обратной связи автогенератора высокой частоты. Генератор настроен на приближение объекта к активной поверхности.

При приближении контрольного объекта он меняет емкость, вследствие чего генератор вступает в работу и образует колебания с увеличивающейся амплитудой по приближению к объекту. Повышение амплитуды обрабатывается электронной схемой, которая создает сигнал выхода.

Емкостные датчики приводятся в действие от электропроводных объектов и диэлектриков. При приближении токопроводящих объектов расстояние срабатывания Sr значительно больше, чем при воздействии диэлектриков. Расстояние срабатывания снижается, и зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика Er.

Особенности конструкции

Чаще всего емкостные датчики выполняются в виде цилиндрического или плоского конденсатора. Подвергаемое контролю перемещение испытывает одна обкладка. При этом она создает изменение емкости, которая выражается:

где ε является диэлектрической проницаемостью материала, d – зазор, S – площадь пластин.

Емкостные датчики способны работать при замере разных параметров по трем направлениям, зависящим от связи контролируемой величины с параметрами

В случае с диэлектрической проницаемостью входным параметром будет состав, который заполняет объем между обкладками. Такие емкостные датчики стали популярными при контроле размеров малых объектов, влажности тел.

Достоинства

Емкостные датчики славятся своей простой конструкцией, что дает возможность создания надежных и прочных устройств. Свойства конденсатора зависят всего лишь от геометрических параметров, и не имеют зависимости от свойств применяемых материалов, при условии их правильного подбора. Поэтому при проектировании пренебрегают влиянием температуры на площадь поверхности и размера между пластинами, при правильном выборе изоляции и металла.

Недостатки

При использовании емкостных датчиков необходимо обеспечивать защиту от ложных сработок. Они возникают из-за случайного касания работника, атмосферными осадками, различными жидкостями.

Применение

Емкостные датчики используются в разных сферах производства и деятельности человека. Они применяются в управлении технологическими процессами и системах регулировки во всех промышленных производствах. Сегодня наиболее популярными датчиками стали датчики присутствия, которые являются надежными конструкциями. Они имеют невысокую цену, и широкий спектр направлений по использованию.

Емкостные датчики. Виды и устройство. Работа и применение

Емкостные датчики – преобразователи параметров. Их работа заключается в изменении емкостного сопротивления путем изменения измеряемого параметра. Емкостный датчик преобразовывает такие величины, как влажность, давление, сила механического воздействия, уровень жидкости в изменение электрической емкости.

Области применения

Емкостные датчики получили широкое распространение во многих отраслях промышленности. Они применяются для непрерывного измерения параметров технологического процесса, таких как уровень, давление. Также они позволяют получать дискретные сигналы о заполнении емкостей, о положениях различных механизмов и т.п.

На сегодняшний день множество применений получают датчики приближения объекта. На многих производствах их можно встретить при выполнении функций контроля наполнения емкостей из пластика или стекла, контроля состояния конвейерной ленты и многого другого.

Датчики угловых и линейных перемещений нашли свое применений в машиностроительных, энергетических и подобны отраслях тяжелой промышленности.

Функционал инклинометра позволяет ему быть востребованным для многих областей, например: