电容传感器：设备和操作的原理。 电容式传感器：应用

现代工业和人类日常的人类活动中，也离不开各种电子设备的想象。 他们帮助我们在各方面，以及一些生产运营执行不没有他们取得成功。 那些“助手”还应该包括电容式传感器。

所谓的参数类型进行转换器。 的体积这样的设备的测量是通过静电容量的变化的一些重要参数改变时所执行的。 简单地说，在估计的变化 电容 的一些外部因素的影响下。

电容性传感器的操作原理

这就是电容式传感器。 操作他们没有那么困难，但了解它的原理，你需要知道的东西。 首先，我们回顾确定电容器的电容的原理。 这个动作是由下式表示：

C =εεₒS/δ。

这种表达是众所周知的从学校物理课程很多，但它不会伤害刷新你的记忆和回忆，这意味着每个变量：

• 的S - 电容器板的面积。
• ë - 在电容设计中使用的介电材料的相对介电常数。
• εₒ - 在物理表示自由空间的介电常数。
• δ - 因此它可以被指定或电介质板，或材料的几个层之间的距离的厚度。

因此，从上述式，电容很容易地改变。 就够了对介电材料的板的面积以某种方式作用，在该材料的制造中使用与透气性的板或直接在...之间的距离。 因此，特定值的选择只取决于该设备设计人员设定的任务列表上。

因此，我们甚至可以使用您的手的电容传感器，如视建设性点是 - 通常平的或圆柱形的电容器，一个板，其正在不断遇到空间中的受控运动，这导致电容的变化。 应该记住的是，上述公式只适用，如果你完全忽略边缘效应。 我们将更多地谈论这在本文的最后一节。

应当知道，这样的电子设备被用于测量物体的角位移和线性位移，计算尺寸，所施加的工作，湿度，浓度的活性物质和其它特性的广泛使用。 关于这个问题的结构方面，则所述捆，并且即使没有它由平面平行的，与针电极的圆柱形外壳，有介电材料的衬里。

以下是如何操作的电容式传感器。 它们中的一些操作原理需要很详细的了解。 在本文中，我们给出一些公式，可以对你有用。

式来描述某些类型的传感器的操作原理

与方形电介质板可以是相当容易的可能的变化水平传感器使用所描述的以下方程：

C =εεₒaH/δ。

通过在这种情况下的“X”指的是使用的电极重叠的长度。 因此，“a”表示的电容器的板的宽度。 应当指出的是，这样的装置已在工业的各个领域，在那里它们被用于角度值的精确测量得到了应用。 在这种情况下，换能器的容量由下面的表达发现：

C =εεₒ（r₂-R 1）/2δ*（φₒ-φ）。

为了准确地测量灵敏度，应使用一个稍微不同的公式：

K =εεₒ（r₂-R 1）/2δ。

让我们来看看什么是那些这些方程式的一部分变量的意思是：

• R 1 - 电容器板的内半径;
• R 2 - 相同的板的外半径;
• φ - 在重叠角的时刻（实际）值测量的;
• φₒ - 重叠角的初始值。

最后，我们解释描述与可调气隙电容计的工作原理的数学表达式为：

C =εεₒS/（δₒ-X）。

可以预见的是，δₒ理解一个主隙，字母X是所述板的位移量相同。 注意！ 由于静态特性不是严格线性的，典型的类型的水平传感器用于测量非常小的位移，这将不超过量0,1δₒ。 当然，这些设备都需要高度精密工程，其中，哪怕是轻微的错误可能导致非常严重的问题。

在哪里可以自己使用？

可能的应用领域是非常多样的。 因此，几乎所有工业中能够满足操作，这是由这些设备进行控制。 它们被用来控制各种槽的填充，其含量可以是液体，气体或颗粒（气体传感器）。

工业和正常人工业活动的发生率较高，更可靠和更容易设计这样的设备。 从这些症状的组合，他们是那么好，他们甚至可以在非常积极的条件下使用拥有油轮。

此外，电容性传感器可以被用作在传送线或机器制造车间的限位开关。 这是必要的和各种机制的最准确的定位。

接近传感器

但是现在需求量很大 接近传感器， 其均采用完全相同的原理。 其使用的范围更加广泛。 这是由于，可以工作在几乎所有类型的行业的成本一分钱设备。 不过，也有典型的行业中，这种类型的设备是最流行：

• 由塑料或玻璃填充流体的透明容器的控制。
• 类似的功能是通过它们的食品（包括儿童），其中，所述成品被包装在由透明材料制成的容器的制造执行。 基于相同的原理和捆包的作为电容燃料传感器的工作。
• 用于监控危险区域，在可能情况下已损坏绕组线。
• 控制类似的地方，其中载体传送带可能会损坏。
• 单独控制的生产的产品类型（罐，瓶的转换，包装）。

不足为奇的是，这些电子装置是在精密工程，发电和许多其它工业各种传感器的最常见的。

倾角

只有在相对近年来变得流行的设备是小型的电容性倾斜提供传输的电输出信号，其大小是成正比的使用的角度传感器。

在其建设阶段平台的准系统，确定偏转以及各种技术的支撑梁的变形，以及道路的精确控制，铁路轨道偏差：使用这些设备的最常见的主要领域。

此外，使用这样的装置确定重型卡车和其他车辆，电梯和工业挖掘机的侧倾，并确定用于农业和工业机器特别大的角位移的程度。

很重要的电容式 传感器，燃料水平 的石油工业。 他们甚至在一个行程数万和数十万吨级成品油携带超级油轮使用。 这些器件甚至在非常丰富形成冷凝物和高度的产尘区域的（相同的气体传感器）是非常有效的。

他们发现自己在绝对和相对压力水平的测量值使用以及介电材料，这是在使用真正强大的电容几乎所有行业极其重要的厚度。

电容式传感器的主要优点

应当注意的是，当与上有所不同的原理所形成的类似装置相比，所述电容式传感器具有许多优点。 让我们列出这些基普的主要优点：

• 在制造业中，他们都非常简单。 此外，最简单和廉价的材料可以在生产中使用。 甚至在石油工业中的重要对象中使用电容式的燃料水平传感器具有非常适度的大小具有电能消耗的可能的最低水平。 与所有这些特性，它们的不同的敏感性，这是达不到的经常用于更昂贵的设备的优良水平。
• 原则上，它可以与你的手的电容式传感器，使用作为其基底任何或多或少可靠和高质量的工业电容器。
• 它们具有触点（很少使用的集电体），它是在高的灰尘和湿度条件下的工作极为有利的。
• 极长的使用寿命，单位一再设法“夺回”他们的成本低。 因此，电容式传感器（其价格范围为一二○○年至1700年卢布）是非常有利可图采集。
• 用于移动装置的可动部需要使出奇小的努力。
• 该设备是非常容易，几乎所有的只用在工业活动中各类设备相结合。

消极的方面

不幸的是，每个电容传感器具有某些缺点，这在一定程度上复杂化的广泛使用这种类型的设备的。 我们列出了他们的详细信息：

• 换算系数（即，传输）是相对低的。
• 体积小，设计简单贡献的事实，在检查设备的质量相当提名很高的要求。
• 良好的电容液位传感器（以及其他类似的测量仪器）只能以比50Hz的标准值高得多的频率有效地操作。

重要声明

然而，一切都没有那么糟糕。 许多制造商在它们的结构作微小改动的目的传感器的优良的屏蔽特性。 而对于使用频率，在实践中，他们表现出的400赫兹的广泛的工业价值的优异成绩。

我们已经谈到忠诚只要忽略的边缘效应的基本公式。 但它是有用的知道，它真的可以只在电介质板之间的距离与自己的大小事件产生负面影响。 此外，该负面影响，可以在很大程度上抵消简单地使用保护环。 在这种情况下，边界效应的影响不能超出使用平板转移阱。

再次，我们注意到，在相同的压力传感器由一个显着的简单性，它允许你创建一个奇妙的稳定，耐用和低成本结构表征。 如果选择使用电介质的右几何尺寸在制造这种电容器材料不能特别担心的被使用。

因此，正确地拿起金属印模用于传感器外壳的制造中，实际上可以忽略甚至强的温度波动可能导致在该设备及其不足读数的电容的变化。 当然，这并不排除进行彻底分离的压力传感器和侵略性环境因素其它这种指标的必要性。 尽管它们的简单性，高湿度和辐射水平的升高可能负面的器件的可靠性的影响。

传感器的分类

用在工业生产过程的生产让你分享所有类型的生产分为两个大组的传感器：odnoemkostnye和dvuhemkostnye。 后一种被分成差动和poludifferentsialnye。 让我们看看他们的更多细节。

Odnoemkostny设备。 在这种情况下，电容式传感器电路极其简单，因为它们的主要部分是具有可变电容的最常见电容器。 不幸的是，即使是略有增加的湿度和温度有迹象非常明显的影响精度。 正因为如此，有各种传感器经常发生故障。 为了抵消这种误差的大小，就必须使用差异化的结构。

Dvuhemkostny传感器。 其实，这只是这样一个差异化的结构。 通常可以以满足电容式液位传感器是通过这样的方案来制造。 这些设备是从以前的模式的主要缺点交货，而是有自己的弱点。 最显著缺点是使用该设备本身和表面之间两个或三个屏蔽线，因为只有以这种方式，能够抑制所谓的寄生电容的需要。

然而，电容式传感器的一个相当复杂的方案，在这种情况下，很容易 忽略， 因为作为回报，你得到一个非常准确和灵敏的装置。

构建传感器特异性

在许多情况下（从设计的角度来看）这样的设备的创建是有问题的。 当你想创建一个容量可变的水平传感器这是尤其如此。 然而，经验表明，许多问题都几乎完全精确的校准，并在生产中使用的高性能材料解决。 大多数情况下所面临的生产这些困难dvuhemkostnyh传感器。

一般而言，这种类型的特异性 测量装置的 是，它们可以被表示为两个物理量（容器），其具有一个精确的物理表达和意义的无量纲比值。 这样他们可以安全地被称为“探测的关系。” 这些设备（它们巨大的加！）的好处是，它们通常不能在其设计有冷却增强在非常极端的情况和条件下的可靠性一些标准的措施。

线性编码器的表征

所有非电值，这常常需要在工业环境中，以控制，这是非常多样的和多方面的。 是受到严格控制的措施的显著部分，使角位移和线性运动甚至不同种类的表面在空间中。 如果您使用在间隙绝对均匀的电场电容器，它也不是那么困难，使电子传感器以下两个类型：

• 其中电极的面积是可变的。
• 那些谁拥有电极之间的可变间隙。

这是很容易理解的是，第一类是最适合固定真正的大动作，而使用第二品种甚至可以注意到，在空间中的一些全身运动，它的值等于只有几微米！

传感器用于确定所述角位移

在一般情况下，通过设计和目的，它们几乎完全等同于前述接触型。 相似性表现在一个事实，即传感器应也可用于更大的尺寸，并与电极本身之间的可变距离的可变区的电极 - 小。 典型地，这样的装置是由多段，与改变电容器极板的面积的可能性。

为了实现这一点，第一电极固定到旋转中的可动轴，它相对于所述第二变化区域，其提供在电容器中的电介质板的重叠其位置的变化。 当然，当它记录的电容的变化。

发现

所以我们讨论了水平仪的基本特征，了解他们的应用领域，对设计特点，作用原理和可能的技术解决方案。 正如你可以从文章理解，电容式传感器的患病率及其极高的知名度是基于这样的设备的价格极具吸引力，即使在恶劣的环境条件下，使用寿命长。

所有这一切都可能是由于这样的事实，从建设性的角度，所有这些仪表是唯一的标准电容，其特点是其应用的一个有点不寻常的方式。 但是，你可以找出自己，再一次看着数学公式，大致反映了原则基普工作。