Прибор сигнализирующий емкостной что это такое?

Прибор сигнализирующий емкостной

Палец как диэлектрик

Обычно мы думаем о конденсаторе, как имеющем фиксированную величину, определяемую площадью двух проводящих пластин, расстоянием между ними и диэлектрической проницаемостью материала между пластинами. Мы, конечно, не можем изменить физические размеры конденсатора, просто прикоснувшись к нему, но мы можем изменить диэлектрическую проницаемость, так как палец человека обладает диэлектрическими характеристиками, отличающимися от материала (предположительно воздуха), который он вытесняет. Это правда, что палец не будет находиться в настоящей области диэлектрика, т.е. в изолирующем пространстве непосредственно между проводниками, но такое «вторжение» в конденсатор необязательно:


Влияние пальца на сенсорную кнопку в качестве диэлектрика

Как показано на рисунке, чтобы изменить диэлектрические характеристики, нет необходимости помещать палец между пластинами, поскольку электрическое поле конденсатора распространяется в окружающую среду.

Оказывается, что человеческая плоть является довольно хорошим диэлектриком, потому что наши тела состоят в основном из воды. Относительная диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1, а относительная диэлектрическая проницаемость воздуха лишь немного выше (около 1,0006 на уровне моря при комнатной температуре). Относительная диэлектрическая проницаемость воды намного выше, около 80. Таким образом, взаимодействие пальца с электрическим полем конденсатора представляет собой увеличение относительной диэлектрической проницаемости, и, следовательно, приводит к увеличению емкости.

Бесконтактные датчики положения

2.1.1. Индуктивные датчики.

Индуктивный датчик — бесконтактный датчик предназначенный для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих органов машин, механизмов, роботов и т.п. и преобразования этой информации в электрический сигнал.

Индуктивный датчик распознает и соответственно реагирует на все токопроводящие предметы.

Индуктивные датчики широко используются для решения задач АСУ ТП. Выполняются с нормально разомкнутым или нормально замкнутым контактом.

Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика.

Принцип действия бесконтактного конечного выключателя (ВК) основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в активную зону датчика металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного материала определенных размеров. При подаче питания на конечный выключатель в области его чувствительной поверхности образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом. Триггер преобразует аналоговый сигнал в логический, устанавливая уровень переключения и величину гистерезиса

Структура

Индуктивные бесконтактные выключатели состоят из следующих основных узлов:

Рис.2.4. Устройства индуктивного выключателя

1.Генератор создает электромагнитное поле взаимодействия с объектом.

2. Триггер обеспечивает гистерезис при переключении и необходимую длительность фронтов сигнала управления.

3. Усилитель увеличивает амплитуду сигнала до необходимого значения.

4. Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает контроль работоспособности, оперативность настройки.

5. Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.

6. Корпус обеспечивает монтаж выключателя, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется метизными изделиями.

Основные определения.

Активная зона

Активная зона бесконтактного индуктивного выключателя — та область перед его чувствительной поверхностью, где более всего сконцентрировано магнитное поле чувствительного элемента датчика. Диаметр этой поверхности приблизительно равен диаметру датчика.

Рис. 2.5. Активной зоны датчика

2.Номинальное расстояние срабатывания

Рис.2.6. Номинальное расстояние переключения

Номинальное расстояние переключения — теоретическая величина, не учитывающая разброс производственных параметров датчика, изменения температуры и напряжения питания.

Номинальное расстояние срабатывания (Sn) — основной параметр датчика, нормируемый для данного типоразмера при номинальном напряжении питания и температуре. Расстояние срабатывание увеличивается с ростом габаритов чувствительного элемента и, соответственно, с ростом габаритов датчика.

Согласно ГОСТ Р 50030.5.2-99 индуктивный датчик должен срабатывать в гарантированном интервале срабатывания, а именно в диапазоне от 0 (то есть от поверхности чувствительной головки датчика) до 81% от заявляемого Sn для стандартизированного стального объекта воздействия.

Интервал срабатывания датчиков объективно зависит от температуры окружающей среды.

Как правило, датчик устанавливается так, чтобы объект воздействия (подвижный элемент конструкции) двигался параллельно чувствительной поверхности устройства.

3.Рабочий зазор

Рабочий зазор — это любое расстояние, обеспечивающее надежную работу бесконтактного выключателя в допустимых пределах температуры и напряжения.

4.Поправочный коэффициент рабочего зазора

Поправочный коэффициент дает возможность определить рабочий зазор, который зависит от металла, из которого изготовлен объект воздействия.

Материал Коэффициент
Сталь 40 1,00
Чугун 0,93…1,05
Нержавеющая сталь 0,60…1,00
Алюминий 0,30…0,45
Латунь 0,35…0,50
Медь 0,25…0,45

Различаются датчики утапливаемого исполнения (допускающие установку заподлицо в металл) и неутапливаемого. Во втором случае датчики имеют большее расстояние срабатывания.

На рисунке отображена зависимость выходного сигнала от расстояния до диска.

Рис.2.7. Поперечный датчик приближения зависимость выходного сигнала от расстояния.

2.1.2. Емкостные датчики.

Емкocтный дaтчик, измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости, механические усилия, давления, влажности и др.) в значения электрической ёмкости. Конструктивно емкостный датчик представляет собой конденсатор электрический плоскопараллельный или цилиндрический.

Принцип действия емкостных бесконтактных выключателей

Емкостные датчики имеют чувствительный элемент в виде вынесенных к активной поверхности пластин конденсатора.

Принцип действия емкостных сенсоров основывается либо на изменении геометрии конденсатора (т.е. на изменении расстояния между пластинами), либо на изменении емкости за счет размещения между пластинами различных материалов: электропроводных или диэлектрических. Изменения емкости, как правило, преобразуются в переменный электрический сигнал.

Принцип действия основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.

Для двухобкладочного плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:

где e0 — диэлектрическая постоянная; e — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S — активная площадь обкладок; d — расстояние между обкладками конденсатора.

Зависимости C(S) и C(d) используют для преобразования механических перемещений в изменение емкости.

Приближение объекта из любого материала к активной поверхности ведет к изменению емкости конденсатора, параметров генератора и в конечном итоге к переключению коммутационного элемента.

Устройство и принципы работы емкостного датчика

Рис. 2.8. Устройство емкостного датчика

Емкocтный бecконтактный датчик функционирует следующим образом: 1. Генератор обеспечивает электрическое поле взаимодействия с объектом. 2. Демодулятор преобразует изменение амплитуды высокочастотных колебаний генератора в изменение постоянного напряжения. 3. Триггер обеспечивает необходимую крутизну фронта сигнала переключения и значение гистерезиса. 4. Усилитель увеличивает выходной сигнал до необходимого значения. 5. Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает работоспособности, оперативность настройки. 6. Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды. 7. Корпус обеспечивает монтаж выключателя, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется метизными изделиями. Активная поверхность емкостного бесконтактного датчика образована двумя металлическими электродами, которые можно представить как обкладки «развернутого» конденсатора (см. рис.). Электроды включены в цепь обратной связи высокочастотного автогенератора, настроенного таким образом, что при отсутствии объекта вблизи активной поверхности он не генерирует. При приближении к активной поверхности емкостного бесконтактного датчика объект попадает в электрическое поле и изменяет емкость обратной связи. Генератор начинает вырабатывать колебания, амплитуда которых возрастает по мере приближения объекта. Амплитуда оценивается последующей схемой обработки, формирующей выходной сигнал. Емкостные бесконтактные датчики срабатывают как от электропроводящих объектов, так и от диэлектриков. При воздействии объектов из электропроводящих материалов реальное расстояние срабатывания Sr максимально, а при воздействии объектов из диэлектрических материалов расстояние Sr уменьшается в зависимости от диэлектрической проницаемости материала er (см. график зависимости Sr от er и таблицу диэлектрической проницаемости материалов). При работе с объектами из различных материалов, с разной диэлектрической проницаемостью, необходимо пользоваться графиком зависимости Sr от er. Номинальное расстояние срабатывания (Sn) и гарантированный интервал воздействия (Sa), указанные в технических характеристиках выключателей, относятся к заземленному металлическому объекту воздействия (Sr=100%). Соотношение для определения реального расстояния срабатывания (Sr): 0,9 Sn Рис 2.9.Зависимость реального расстояния срабатывания Sr от диэлектрической проницаемости материала объекта er Диэлектрическая проницаемость некоторых материалов: Материал — er Бумага…………………………………..2,3 Бумага промасленная…………4,0 Вода………………………………………80 Воздух……………………………………1,0 Древесина…………………………….2-7 Керосин…………………………………2,2 Мрамор………………………………….8,0 Нефть…………………………………….2,2 Спирт этиловый……………………25,8 Стекло…………………………………..5,0 Фторопласт (тефлон)…………..2,0 Фарфор………………………………….4,4 Фанера………………………………….4,0

Емкостные датчики могут быть однополярными (в их состав входит только один конденсатор), дифференциальными (в их состав входят два конденсатора) или мостовыми (здесь уже используются четыре конденсатора). В случае дифференциальных или мостовых сенсоров, один или два конденсатора являются либо постоянными, либо переменными, включенными навстречу друг другу.

На практике при измерении перемещения электропроводного объекта, его поверхность часто играет роль пластины конденсатора. На рис.3 отображена принципиальная схема однополярного емкостного датчика, в котором одна из пластин конденсатора соединена с центральным проводником коаксиального кабеля, а другой пластиной является сам объект. Отметим, что собственная пластина датчика окружается заземленным экраном, что позволяет улучшать линейность и уменьшать краевые эффекты. Типовой емкостной датчик работает на частотах 3-МГц диапазона и может детектировать перемещения быстро двигающихся объектов. Частотные характеристики такого датчика со встроенным электронным интерфейсом лежат в диапазоне 40 кГц.

Прибор сигнализирующий емкостной что это такое?

Водопровод и канализация

Насосные станции и очистные сооружения

Канализационные

Водопроводные

Пожарные

Завод Адмирал производит комплектные насосные станции для нужд водоснабжения, пожаротушения и канализации.
Сайт завода Адмирал: admiral-omsk.ru

Устройство емкостных датчиков и сферы применения

Устройства автоматики, которые включают в себя большое количество разнообразных элементов, делают жизнь пользователя проще. Например, установку хорошего блока управления для насосной станции позволит хозяину дома, на протяжении длительного периода времени не контролировать систему водоснабжения. Важным элементом любой промышленности является емкостной датчик – это прибор, который преобразует изменение параметров определённой величины в изменение ёмкости одного или нескольких конденсаторов. Также они используются в автомобильной индустрии, бытовой техники и некоторых других отраслях.

Содержание

Что такое емкостные датчики и где они применяются

Емкостные датчики имеют простую конструкцию, которая основана на использовании таких электронных элементах как мультивибраторы, преобразователи частоты или компараторы. При необходимости измерения точной величины малых параметров, управление емкостными датчиками может осуществляться посредством микроконтроллера.

Чаще всего, данные электронные элементы используются в различных видах промышленности. Идеально подходят в качестве прибора, производящего контроль при наполнении резервуаров большого объёма. При этом, наполняться ёмкость должна не обязательно водой, это могут быть зерновые культуры или любое вещество с твёрдой структурой.

Читайте также  Установка сигнализации с gsm модулем

Емкостные датчики незаменимы в автомобильной технике. Они в большом количестве применяются в системах сигнализации и при обустройстве корпуса автомобиля. Современные машины имеют бортовые компьютеры, которые выводят массу информации на экран (уровень топлива и его расход, температура охлаждающей жидкости, уровень давления масла), считывая необходимые данные с датчиков, большее количество которых являются емкостными.

Сейчас очень популярными стали устройства приближения. Это очень надёжная серия датчиков, которая также обладает дополнительными преимуществами и доступной ценовой политикой. Применяются в качестве:

  • Сигнализирующих элементов о наполнении резервуаров, для производства которых используется высокопрочный пластик или стекло.
  • Элементов, которые производят контроль наполнения небольших емкостей, таких как упаковки малого размера.
  • Сигнализирующего прибора, который извещает пользователя про обрыв провода в электрической цепи.
  • Регулировочного элемента натяжения ленты на конвеере. Емкостные датчики очень важны в данной отрасли, так как при слабом натяжении, конвейер перестанет функционировать.

Преимущества и недостатки емкостных датчиков


Использование емкостных датчиков обусловлено их высокой степенью надёжности и доступной ценой. В некоторых отраслях использование устройств другого типа считается недопустимым. Емкостные датчики имеют следующий ряд преимуществ:

  • Производство данных элементов не требует применения дорогостоящих материалов. При изготовлении, затраты являются минимальными и быстро окупаются. Изделие имеет малый вес и компактные габариты, что существенно упрощает транспортировку.
  • Емкостные датчики не имеют контактов, что упрощает их установку, и относятся к классу приборов с повышенной чувствительностью.
  • Изделие имеет продолжительный срок эксплуатации, не требует технического обслуживания.
  • Емкостные датчики имеют различную форму, что позволяет применять из в большинстве отраслей.

К сожалению, помимо большого количества преимуществ, емкостные обладают рядом недостатков, к которым относятся:

  • Невозможность установки высокого коэффициента преобразования рабочих параметров.
  • Изготовление имеет небольшую цену, но для его экранировки требуется применение дорогостоящих материалов, что также занимает определённое время.
  • Для функционирования емкостного датчика требуется применение повышенных частот. 50 Гц промышленной сети не подходят для работы устройства.

Не обращая внимание на небольшие недостатки, можно сказать, что емкостные датчики прекрасно зарекомендовали себя при работе с частотой 400 Гц. Также данные приборы имеют простую конструкцию, что позволяет сократить время на их экранировку. Следует учитывать тот факт, что данные датчики относятся к разряду емкостных устройств, поэтому имеют краевой эффект, для уменьшения которого, следует применять специальное защитное кольцо, в виде обыкновенной шайбы.

Емкостные датчики являются точными приборами, имеющими ничтожную погрешность. Чтобы продлить срок эксплуатации устройства, следует защитить его от воздействия пыли, влаги и различного рода загрязнений.

Что такое датчики линейных и угловых перемещений

Существует большое количество величин, которые не имеют никакого отношения к электротехнике (давление воды и масла, скорость транспортируемой жидкости). Данные величины делят на 2 основных типа:

  • Линейные.
  • Угловые.

Для контроля линейных параметров используют емкостные датчики с площадью электродов, которая может изменяться, или с зазором между ними, который также может быть непостоянным. Первый тип датчиков наиболее удобно применять при измерении больших величин, а второй – для очень малых, например, при измерении микрометров.

Емкостные датчики для измерения угловых величин, по своим конструктивным особенностям не слишком отличаются от линейных приборов. При определении угловых параметров, чаще всего, используют преобразователи, имеющие много секций, и регулируемую площадь обкладок конденсатора. Для функционирования датчика достаточно прикрепить к рабочему валу устройства, при вращении которого будет изменяться площадь обкладок конденсатора. Такое действие меняет ёмкость элементов, что отображается на схеме измерения.

Что такое иклинометры

Иклинометр является многофункциональным прибором. Он может применяться не только как датчик наклона (которым и является), но и в качестве замены угловых емкостных устройств. Помимо одного или нескольких конденсаторов, иклинометр снащён чувствительным элементом, который имеет продолговатую форму.

Конструкция чувствительного элемента проста, включает в себя 2 электрода, слой изоляции и корпус, который закрепляется посредством герметичных средств. Также, некоторая часть корпуса заполняется жидкостью, которая имеет высокую проводимость. Жидкость выполняет функцию общего электрода, в сочетании с двумя основными, получается конденсатор. Жидкость находится в одной плоскости, но меняет своё положение при наклоне датчика.

Датчик наклона изменяет выходной сигнал в зависимости от расположения жидкости, которая перетекая в другую плоскость, соответственно меняет ёмкость. Ещё одним положительным моментом иклинометра является то, что точность показаний данного устройства не изменяются под воздействием температуры. Часто, чтобы определить положение плоскости, используют 2 иклинометра, которые располагают под прямым углом относительно друг друга.

Иклинометры очень востребованы. Данные устройства имеют компактные размеры, небольшой вес, обладают высокой точностью и низкой стоимостью. Эта разновидность датчиков поступила на рынок электронных приборов сравнительно недавно, но успела набрать популярность. Многие пользователи выбирают иклинометры из-за простоты монтажа, длительного срока эксплуатации, а также отсутствия сложных элементов в конструкции, которые работают по принципу механики.

Одна из разновидностей устройств – датчики давления

Достаточно популярной разновидностью емкостных датчиков являются датчики давления. Эти устройства функционируют на основе одностаторной схемы.

Датчики давления имеют следующие конструктивные особенности:

  • Корпус устройства внутри разделён на два отсека. В качестве разделяющего элемента используется диафрагма, выполненная из металла. На одной из сторон находится электрод, который из-за диэлектрической прокладки не имеет контакта с корпусом.
  • Электрод с диафрагмой являются обкладками конденсатора, ёмкость которого несёт переменный характер.
  • При поддержании давления в обеих отсеках датчика, сохраняется балансировка устройства и сигнал на выходе не изменяется.
  • Превышение или падение давления в одном из отсеков устройства изменяет структуру диафрагмы, соответственно – ёмкость конденсатора. При этом параметры на выходе датчика имеют совершенно другую величину.

Более современные датчики давления имеют двухстаторную конструкцию. При этом, диафрагма зафиксирована между пластинами, которые являются неподвижными. Только в одну из двух основных камер может быть подано давление, это позволяет сравнивать результаты разных величин с большей точностью.

Некоторые проблемные вопросы при конструировании и производстве датчиков

Несмотря на то, что емкостные датчики имеют простую конструкцию, на их производство может быть затрачено много времени. Наиболее сложными в изготовлении являются приборы с переменным принципом действия. При проведении точной калибровки устройств добиваются устранения большого количества негативных моментов.

Основным плюсом производства датчиков является отсутствие эталонов. Именно из-за таких конструктивных особенностей, данные устройства имеют высокую надёжность и точность. Использование емкостных характеристик позволяет использовать приборы в различных отраслях с максимальным КПД.

Емкостные датчики: принцип работы, виды, применение

Современную промышленность сложно представить без специализированного оборудования. Оно позволяет оптимизировать и ускорить производственные процессы, а определенные операции осуществить без них просто невозможно. Одними из таких приборов являются емкостные датчики. Они представляют собой преобразователи параметрического типа, в которых изменение измеряемой величины преобразуется в изменение емкостного сопротивления. О том, как работают, где применяются и какие особенности имеют такие приборы, вы узнаете из данной статьи.

Устройство и принцип работы емкостных датчиков

Конструкция данных приборов сравнительно проста. Стандартный емкостный датчик — это конденсатор, который имеет плоскую или цилиндрическую форму. Одна из его пластин все время перемещается в пространстве. В ходе такого движения происходит изменение расстояния между пластинами, деформация диэлектрика, смена его положения, проницаемости и проч.

Емкость для плоского конденсатора выражается формулой:

, где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заключенной между обкладками, и — площадь поверхности рассматриваемых обкладок и расстояние между ними соответственно.

Емкостные датчики функционируют следующим образом:

  1. Генератор формирует электрополе взаимодействия с объектом.
  2. Демодулятор способствует преобразованию изменения амплитуды высокочастотных колебаний генератора, а также изменению постоянного напряжения.
  3. Триггер позволяет создать нужный уровень фронта сигнала переключения и значение гистерезиса.
  4. Усилитель обеспечивает увеличение выходного сигнала до оптимального уровня.
  5. Светодиодный индикатор отражает положение выключателя и позволяет оперативно настроить устройство.
  6. Компаунд обеспечивает требуемый уровень защиты от воздействия твердых тел и жидкости.
  7. Прочный корпус исключает вероятность повреждения конструкции в результате механических воздействий. Как правило, при его изготовлении используется латунь или полиамид.

Активная поверхность емкостных датчиков образуется металлическими электродами. Последние являются частью цепи обратной связи высокочастотного генератора. Приближаясь к активной поверхности емкостного датчика, объект оказывается под воздействием электрического поля. В этот момент генератор формирует колебания. Их амплитуда увеличивается в зависимости от того, насколько близко находится объект.

Какие бывают емкостные датчики?

1. В зависимости от типа исполнения такие устройства подразделяются на следующие виды:

Одноемкостные. Устройства такого типа имеют достаточно простую конструкцию. По сути, одноемкостный датчик — это конденсатор с переменной емкостью. Существенным недостатком такого прибора является подверженность воздействию внешних факторов, среди которых повышенная влажность, температурные колебания и проч.

Двухъемкостные. Датчики такого типа подразделяются на дифференциальные и полудифференциальные. Первые отличаются устойчивостью к воздействиям негативных внешних факторов, высокой точностью и стабильностью работы. Полудифференциальные преобразователи используются в том случае, если применение дифференциальных моделей затруднительно или невозможно.

2. По принципу действия приборы подразделяются на следующие виды:

Емкостные датчики линейных перемещений. Неэлектрические волны, нуждающиеся в регулярном измерении, отличаются значительным многообразием. Большую их часть составляют линейные перемещения. Для контроля их уровня разработаны специальные емкостные датчики. Задействуя их, можно измерять как большие, так и очень маленькие перемещения.

Емкостные датчики угловых перемещений. По алгоритму работы такие устройства схожи с приборами описанного выше типа. Они позволяют с высокой точностью измерять угловые перемещения в различных диапазонах. Наиболее часто используются многосекционные устройства с переменной площадью обкладок конденсатора. В емкостных датчиках данного типа один из электродов конденсатора фиксируется на валу объекта. Вращаясь, он перемещается. В результате происходит изменение площади перекрытия пластин конденсатора, после чего меняется емкость.

Инклинометры. Данные устройства, именуемые также датчиками крена, представляют собой дифференциальные преобразователи наклона, в составе которых присутствует элемент в виде капсулы. Эта деталь включает подложку с планарными электродами, на которые нанесен специальный изоляционный слой. Внутри корпуса устройства находится проводящая жидкость, являющаяся общим электродом чувствительного элемента. Общий электрод вместе с планарными электродами образует дифференциальный конденсатор. Выходной сигнал датчика пропорционален величине емкости дифференциального конденсатора. Последняя находится, в зависимости от положения корпуса, в вертикальной плоскости. Особенности проектирования инклинометра предполагают наличие линейной зависимости выходного сигнала от угла наклона в рабочей плоскости. При этом параметры в нерабочей плоскости остаются неизменными. На сам сигнал могут оказывать незначительное влияние температурные колебания. Если требуется определить положение плоскости в пространстве, применяются сразу два таких датчика, причем они должны располагаться под углом 90 градусов. Сегодня в продаже представлены компактные датчики с электрическим выходным сигналом, который пропорционален углу наклона прибора. Среди многочисленных достоинств данного оборудования стоит выделить высокую точность измерений, небольшой вес, отсутствие подвижных конструкционных элементов, удобство фиксации и оптимальную стоимость. Благодаря этим преимуществам инклинометры такого типа активно применяются не только на стационарных, но также и на подвижных объектах.

Читайте также  Оборудование объектов ФСИН системами автоматической пожарной сигнализации

Емкостные датчики уровня. Оборудование такого типа активно применяется в системах контроля и управления технологическими процессами в различных промышленных отраслях (химической, пищевой, фармацевтической и проч.). Они позволяют измерять уровень различных жидкостей, сыпучих материалов, всевозможных вязких сред. Одним из основных достоинств таких приборов является возможность эксплуатации в сложных условиях, к примеру, при образовании конденсата или высокой запыленности.

Датчики (преобразователи) давления . Такие устройства могут иметь одностаторную и двухстаторную конструкцию. Датчики первого типа имеют в своем составе металлическую ячейку. Она поделена на части плоской диафрагмой, на которой располагается статичный электрод. Вместе с диафрагмой он создает переменную емкость. Как только параметры давления с каждой из сторон диафрагмы уравниваются, датчик считается сбалансированным. При изменении давления в камере диафрагма деформируется, в результате чего изменяется емкость. В двухстаторных датчиках диафрагма двигается, в камеру поступает опорное давление. В итоге осуществляется точное измерение дифференциального давления. Уровень погрешности при этом остается незначительным.

Где применяются емкостные датчики?

Такие устройства широко используются во многих отраслях. Емкостные датчики применяются в системах контроля различных производственных процессов. Они позволяют определить уровень заполнения резервуаров, выполняют функцию выключателей на автоматизированных линиях, станках и конвейерах.

Сегодня активно используются датчики приближения. Такие устройства имеют обширный функционал. Они сигнализируют об уровне заполнения стеклянных и пластиковых емкостей и прозрачных упаковок, регулируют натяжение ленты и проч.

В настоящее время наиболее активно используются датчики угловых и линейных перемещений. Их применяют в машиностроительной, энергетической и других промышленных отраслях.

Как уже отмечалось ранее, одними из самых современных и удобных считаются инклинометры. Среди функциональных возможностей этих датчиков стоит выделить следующие:

  • возможность эксплуатации в системах горизонтирования платформ;
  • определение степени прогиба и деформирования всевозможных опорных и балочных конструкций;
  • контроль уровня наклона автодорог в процессе строительства и обслуживания;
  • определение углового перемещения объектов в процессе вращения (валы, колеса и проч.).

Основные преимущества емкостных датчиков

Среди достоинств таких приборов стоит отметить следующие:

  • сравнительно небольшие габариты;
  • экономичность, обусловленная невысоким уровнем энергопотребления;
  • отсутствие в конструкции сложных механизмов и большого количества контактов;
  • высокая чувствительность;
  • устойчивость к изнашиванию и длительный эксплуатационный срок;
  • удобство приспособления формы устройства к разного рода конструкциям.

Недостатки емкостных датчиков

  • достаточно невысокий коэффициент преобразования;
  • обеспечение хороших показателей работы на довольно большой частоте;
  • повышенные требования к экранировке элементов.

Обратившись в компанию «ОвенКомплектАвтоматика», вы можете заказать различные модификации емкостных датчиков. Вся представленная в продаже продукция сертифицирована и в полной мере соответствует установленным стандартам качества, надежности и безопасности. Именно поэтому она находит широкое применение по всей России.

Оборудование, которое мы реализуем, проходит процедуру обязательного тестирования. Только после этого оно поступает в продажу. Благодаря такому подходу наша компания смогла заручиться доверием клиентов.

Наша компания устанавливает оптимальную стоимость на весь ассортимент. Сотрудничая с производителями оборудования напрямую и не обращаясь к посредникам, мы имеем возможность снижать собственные расходы и исключать необоснованные торговые наценки. Кроме того, наши клиенты получают дополнительные бонусы в виде скидок. На них могут рассчитывать оптовые заказчики, а также покупатели, с которыми мы сотрудничаем на постоянной основе.

В нашей компании действует услуга доставки продукции. Мы привезем оборудование абсолютно бесплатно в любую точку столицы при заказе изделий общей стоимостью свыше 35 000 рублей, а также по области, если итоговая сумма чека составит не менее 100 000 рублей.

Кроме того, мы готовы предложить услуги гарантийного и послегарантийного обслуживания продукции.

Заказать оборудование на сайте нашей компании вы можете в режиме онлайн. Если вам требуется профессиональная консультация, обращайтесь к нашим специалистам по указанному на странице телефону. Они ответят на все возникшие у вас вопросы и при необходимости помогут с оформлением заказа.

Принцип работы емкостных датчиков, на что обратить внимание при подборе

Приложение напряжения переменного тока к смежным проводникам способствует дистанционному накапливанию на них положительных и отрицательных зарядов. Они создают вариативное электромагнитное поле, чувствительное ко многим внешним факторам, в первую очередь, к расстоянию между проводниками. Это свойство может использоваться для создания соответствующих емкостных датчиков, которые в состоянии управлять работой различных систем контроля и слежения.

Описание и назначение

Приложения напряжения разного знака, согласно закону Ампера, вызывает перемещение проводников, на которых находятся электрические частицы. При этом возникает переменный ток, который может быть обнаружен. Величина протекающего тока определяется емкостью, которая, в свою очередь, зависит от площади проводников и расстояния между ними. Более крупные и более близкие объекты вызывают больший ток, чем более мелкие и более отдаленные.

Емкость определяется следующими параметрами:

  • Характером не проводящей ток среды-диэлектрика, располагающейся между проводниками.
  • Размерами проводников.
  • Силой тока.

Пара таких поверхностей образует обкладки простейшего конденсатора, емкость которого прямо пропорциональна площади и диэлектрической проницаемости рабочей среды, и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками. При постоянстве размеров обкладок и состава рабочей среды между ними любое изменение емкости будет являться результатом изменения расстояния между двумя объектами: зондом (датчиком) и отслеживаемой целью. Достаточно только преобразовать изменения емкости в значения сфокусированного электрического напряжения, которое будет управлять дальнейшими действиями прибора. Данные устройства, таким образом, предназначены для определения изменяющегося расстояния между объектами, а также для уточнения характера и качества поверхности измеряемых изделий.

Принцип работы емкостного датчика

Конструктивно такой прибор включает в себя:

  • Источник формирования эталонного напряжения.
  • Первичную цепь – зонд, поверхность и размеры которого определяются целями измерений.
  • Вторичную цепь, формирующую необходимый электрический сигнал.
  • Защитную цепь, обеспечивающую стабильность показаний датчика независимо от внешних возмущающих факторов.
  • Электронный усилитель, драйвер которого формирует сильный управляющий сигнал на исполнительные элементы, и обеспечивает точность срабатывания.

Емкостные датчики подразделяются на одно- и многоканальные. В последнем случае устройство может включать в себя несколько вышеописанных схем с разной формой зондов.

Драйвер электроники может быть настроен как ведущий или ведомый. В первом варианте он обеспечивает синхронизацию управляющих сигналов, поэтому используется преимущественно в многоканальных системах. Все приборы являются сенсорными, реагирующими исключительно на бесконтактные параметры.

Основными характеристиками рассматриваемых устройств считаются:

  • Размеры и характер цели – объекта зондирования. В частности, создаваемое ею электрическое поле должно иметь форму конуса, для которого габаритные размеры должны минимум на 30% превышать соответствующие размеры первичной цепи;
  • Диапазон измерений. Максимальный зазор, при котором показания устройства дают требуемую точность, составляют около 40% от полезной площади первичной цепи;
  • Точность измерений. Калибровка показаний обычно уменьшает диапазон, но повышает точность. Поэтому, чем меньше датчик по размерам, тем ближе он должен быть установлен к контролируемому объекту.

Характеристики датчиков не зависят от материала объекта, а также его толщины

Как конденсатор превращается в датчик

В данном случае причина и следствие меняются местами. Когда на проводник подается напряжение, электрическое поле образуется у каждой поверхности. В емкостном датчике измерительное напряжение подается на чувствительную зону зонда, причём для точных измерений электрическое поле от зондируемой области должно содержаться именно в пространстве между зондом и целью.

В отличие от обычного конденсатора, при работе емкостных датчиков электрическое поле может распространяться на другие предметы (или на отдельные их области). Результатом станет то, что система будет распознавать такое составное поле как несколько целей. Чтобы этого не произошло, задняя и боковые стороны чувствительной области окружают другим проводником, который поддерживается под тем же напряжением, что и сама чувствительная область.

При подаче эталонного напряжения питания, отдельная цепь подает точно такое же напряжение на защиту датчика. При отсутствии разницы в значениях напряжений между зоной чувствительности и защитной зоной, электрическое поле между ними отсутствует. Таким образом, исходный сигнал может исходить только от незащищенного фронта первичной цепи.

В отличие от конденсатора, на действие емкостного датчика будет влиять плотность материала объекта, поскольку при этом нарушается однородность создаваемого электрического поля.

Проблемы измерения

Для объектов сложной конфигурации достижение требующейся точности возможно при соблюдении ряда условий. Например, при многоканальном зондировании напряжение возбуждения для каждого зонда должно быть синхронизировано, иначе зонды будут мешать друг другу: один датчик попытается увеличить электрическое поле, в то время как другой будет стремиться уменьшить его, тем самым давая ложные показания. Поэтому существенным ограничивающим условием является требование, чтобы измерения проводились в тех же условиях, в которых был откалиброван датчик на предприятии-изготовителе. Если оценивать сигнал по изменению расстояния между зондом и целью, то все остальные параметры должны иметь постоянные значения.

Указанные сложности преодолеваются с помощью следующих приёмов:

  • Оптимизации размеров измеряемого объекта: чем меньше цель, тем больше вероятность распространения чувствительности поля по сторонам, в результате чего ошибка измерения увеличивается.
  • Проведения калибровки только по мишени с плоскими размерами.
  • Снижением скорости сканирования цели, в результате чего изменение характера поверхности не будет сказываться на итоговых показаниях.
  • Во время калибровки зонд должен располагаться эквидистантно поверхности цели (параллельно – для плоских поверхностей); это важно для датчиков повышенной чувствительности.
  • Состояние внешней среды: большинство емкостных датчиков сенсорного типа устойчиво работают в температурном диапазоне 22…35 0 С: в этом случае погрешности минимал
    ьны, и не превышают 0,5 % от полной измерительной шкалы.
Читайте также  Как настроить брелок сигнализации пандора?

Тем не менее, есть проблемы, которые устранить невозможно. К их числу относится фактор теплового расширения/сужения материала, как датчика, так и контролируемого объекта. Второй фактор – электрический шум датчика, который вызывается дрейфом напряжения драйвера устройства.

Блок-диаграмма работы

Не являясь прямонаправленным, емкостной датчик измеряет некоторую емкость от объектов, которые постоянно присутствуют в окружающей среде. Поэтому неизвестные объекты обнаруживаются им как увеличение этой фоновой емкости. Она значительно больше, чем емкость объекта, и постоянно изменяется по величине. Поэтому рассматриваемые устройства используются для обнаружения изменений в окружающей среде, а не для обнаружения абсолютного присутствия или отсутствия неизвестного объекта.

При приближении цели к зонду величина электрического заряда или емкости изменяется, что и фиксируется электронной частью датчика. Результат может выводиться на экран или сенсорную панель.

Для производства измерения прибор подключается к печатной плате с сенсорным контроллером. Сенсоры оснащаются управляющими кнопками. Которыми можно включать в работу несколько зондов одновременно.

Сенсорные экраны используют датчики с электродами, расположенными в ряды и столбцы. Они находятся либо на противоположных сторонах основной панели, либо на отдельных панелях, которые разделены между собой диэлектрическими элементами. Контроллер циклически переключается между различными зондами, чтобы сначала определить, к какой строке касаются (направление Y), а затем к какому столбцу (направление X). Зонды часто изготавливаются из прозрачного пластика, что повышает информативность результата измерения.

Использование LC-фильтров

Специализированный аналоговый интерфейс преобразует сигнал от емкостного датчика в цифровое значение, пригодное для дальнейшей обработки. При этом периодически измеряется выходной сигнал датчика и генерируется сигнал возбуждения для зарядки пластины датчика. Частота дискретизации на выходе датчика относительно низкая — менее 500 выборок в секунду, но разрешение аналого-цифрового преобразования необходимо для захвата небольших различий в емкости.

В емкостном измерительном устройстве ступенчатая форма волны возбуждения заряжает электрод датчика. Впоследствии заряд передается в цепь и измеряется аналого-цифровым преобразователем.

Одной из проблем емкостного зондирования (как уже указывалось) является наличие постороннего шума. Эффективным способом повышения помехоустойчивости является модификация датчика путем подключения чувствительного к частоте компонента. В дополнение к элементу переменного конденсатора к датчику добавляются дополнительный конденсатор и индуктор для формирования резонансного контура. Узкополосный отклик позволяет ему подавлять электрический шум. При простоте LC- контура, его наличие обеспечивает ряд эксплуатационных преимуществ. Во-первых, благодаря присущим узкополосным характеристикам LC-резонатор обеспечивает отличную невосприимчивость к электромагнитным помехам. Во-вторых, если известен диапазон частот, где существует шум, то смещение рабочей частоты датчика может отфильтровать эти источники шума без использования внешних схем.

LC-фильтры чаще применяют в многоканальных датчиках

Сферы применения

Данные устройства используются в следующих целях:

  • Для обнаружения пластмасс и других изоляторов.
  • В системах сигнализации, при установлении факта перемещений по контролируемой территории.
  • Как компонент охранных устройств автомобилей.
  • Для определения чистоты поверхности материалов после механической обработки.
  • С целью определения уровня жидких или газообразных рабочих сред в закрытых резервуарах.
  • При установке систем автоматического включения/выключения светильников.

Во всех случаях емкостные датчики подлежат обязательной калибровке в заводских или иных специализированных условиях.

Схемы для изготовления своими руками

Для организации сенсорного управления емкостной датчик легко создать на основе, конденсатора и пары резисторов. При касании к проводам, происходит накапливание электрического заряда, регулируя величину которого, можно изменять время зарядки/разрядки. Такую схему можно применить для управления настольной лампой или иным светильником. В схеме должен присутствовать электронный компаратор, который будет сравнивать время зарядки конденсатора с эталонным (пороговым) значением, и выдавать соответствующий управляющий сигнал.

Электронные схемы с сенсорным контролем более интерактивны для пользователя, чем традиционные, поэтому могут эффективно применяться с целью переключения питания. Емкость конденсатора определяет уровень чувствительности: при повышении емкости чувствительность увеличивается, но для питания устройства потребуется больше мощности и меньшее время срабатывания. Для индикации можно применить обычный светодиод.

Что такое емкостные датчики уровня

Емкостные датчики уровня – это универсальный бюджетный вариант детектирования граничных (максимального или минимального) значений уровня в разных отраслях промышленности, ЖКХ.

Они основываются на физическом принципе измерения ёмкости конденсатора, образованного сенсором датчика.

Простейшее такое устройство состоит из металлического чувствительного элемента (стержня зонда, провода) – электрода, расположенного в металлической трубке.

Особенность их применения в большей степени определяется и ограничивается диэлектрической проницаемостью тех материалов, которые предполагается контролировать.

Емкостными датчиками сложно измерять уровень продуктов с низкой диэлектрической проницаемостью, а также уровень материала, у которого диэлектрическая проницаемость зависит, например, от температуры этого продукта.

Емкостные датчики разделяют на сигнализаторы и уровнемеры. Различия в решаемых задачах:

  1. Емкостные уровнемеры – для непрерывного измерения уровня;
  2. Емкостные сигнализаторы – для контроля уровня и передачи дискретного сигнала о достижении предельного уровня измеряемого вещества.

Существуют радиочастотные емкостные датчики, и это уже более современная технология, которая появилась порядка 10 лет назад и в своей основе использует принцип изменения частоты генератора за счёт изменения диэлектрической проницаемости контролируемого материала.

Эти датчики более универсальны и могут использоваться как при больших, так и малых значениях диэлектрической проницаемости. Поэтому, если рассматривать особенности применения, есть смысл рассматривать их отдельно от классических датчиков.

Далее подробно разберём, с какими средами показатель точности будет выше, а где датчики на основе ёмкостного принципа действия применять не рекомендуется.

В какой ёмкости проводить измерения с помощью ёмкостных датчиков

Такие датчики можно установить в любую металлическую ёмкость и без вспомогательных средств, просто устанавливается прибор, и всё работает.

Металлический резервуар может быть в качестве второго электрода для такого датчика. А для пластиковой ёмкости емкостный датчик уровня нужно брать с коаксиальным электродом, который будет являться ответной частью датчика, либо установить дополнительный электрод.


Измеряемая среда – вода и водные растворы, чистые жидкости без примесей

Относительно использования емкостных уровнемеров и сигнализаторов в водных растворах проблем никаких нет.

Оптимальное применение, естественно, вода, растворы на её основе. Емкостные уровнемеры и сигнализаторы дешёвые, удобные средства, достаточно надежные для жидкостей с постоянной и высокой диэлектрической проницаемостью.

Однако, если мы говорим об измерении уровня других жидкостей, то надо учесть, что они могут быть с пеной. Например, молоко.

Диэлектрическая проницаемость пены не соответствует диэлектрической проницаемости молока, потому что состоит из воздуха и молока, соответственно, и её диэлектрическая проницаемость будет приближаться больше к диэлектрической проницаемости воздуха, и обычный емкостной датчик на пену срабатывать не будет.

Поэтому, если стоит задача не упустить значение уровня совместно с какими-то особенностями, допустим, с той же самой пеной, то к контролю жидкости следует подходить с осторожностью с применением емкостных датчиков уровня, выполненных по классической схеме.

В таких процессах, где есть пенообразование или испарение, более уместно применение радиочастотных моделей.


Жидкости с примесью, масло

Относительно работы со смесями. (Например, изготавливают майонез, кетчуп или что-то в этом роде.)

Можно установить в емкости с миксером, но именно в исполнении с коаксиальным зондом, так как коаксиальный зонд повышает точность и не реагирует при этом на волнения во время перемешивания.


Нефть и её производные

Дальше поговорим по топливной промышленности, производству дизельного топлива, т.д.

Не рекомендуется применять на таких продуктах как дизельное топливо, бензин, керосин, у которых от температуры меняется показатель диэлектрической проницаемости. При низкой температуре он один, а при высокой температуре – другой.

Соответственно, в баке с дизельным топливом по факту уровень самого продукта меняться не будет, а датчик будет показывать, что изменения есть.


Сыпучие материалы

Тут уже возникают некоторые ограничения.

Если говорить об измерении/контроле уровня сыпучих материалов с помощью емкостных датчиков, то однозначно рекомендуем радиочастотные датчики. Ведь, как правило, у классических емкостных применение на сыпучие материалы возможно, но точность измерений зависит от многих факторов:

  • плотность продукта, так как там может быть минимальное количество воздуха между фракциями;
  • разная влажность продукта на разных уровнях, например, сверху и снизу резервуара;
  • зависимость от размера гранул, от среды;
  • не всегда постоянная диэлектрическая проницаемость;
  • высокая вероятность нагрева.

А вот применение радиочастотных датчиков уровня позволяет довольно чётко производить измерение сыпучих материалов как с изменяющейся (непостоянной) влажностью, так и с низкой диэлектрической проницаемостью.

Кроме того, радиочастотные измерительные приборы на основе емкостного принципа позволяют подстраиваться от наложений на сами зонды датчика в виде пыли, налипаний, грязи и т.д. То есть данные датчики не подвержены воздействию внешних факторов и с успехом справляются с возложенными на них задачами по контролю сыпучих материалов.

Если давать рекомендации по применению емкостных датчиков на производстве, то это химическая, пищевая промышленности, фармацевтика, энергетика, металлургия, горнодобывающая отрасль, системы водоочистки и водоподготовки.

А вот переработка нефти – однозначно не подойдёт, если это не подтоварная вода или конденсат.

Для работы с конкретным видом вещества следует подбирать специализированное измерительное устройство
с необходимым уровнем чувствительности, изготовленное из подходящих для каждого вещества материалов.

Поэтому, прежде чем выбрать емкостный датчик по конкретную задачу,
стоит проконсультироваться со специалистами ООО « РусАвтоматизация » .