Čo je to kapacitný snímač?

Rovnako ako niektoré iné typy snímačov (napríklad indukčné snímače), kapacitné snímače fungujú bez fyzického kontaktu s vyšetrovaným objektom. Inými slovami, tieto typy senzorov sú bezkontaktné zariadenia. Dokážu detekovať elektricky i nevodivé materiály. Vďaka tejto vlastnosti je možné kapacitné snímače použiť na miestach, kde napríklad nie sú použiteľné indukčné snímače.

Čo je to kapacitný snímač, jeho štruktúra a prevádzkový režim

Tento typ snímača nie je ako zariadenie príliš zložitý a zvyčajne sa skladá z:

bývanie

Telo umožňuje zhromaždiť všetky prvky do jedného celku. Okrem toho poskytuje spoľahlivú ochranu prvkov pred vonkajšími faktormi, ktoré môžu ovplyvňovať jeho účinnosť. Telo kapacitného snímača je zvyčajne vyrobené z mosadze alebo polyamidu.

konektor

Jedná sa o špeciálnu živicu, ktorá chráni prvky snímača pred vlhkosťou alebo inými škodlivými látkami.

spúšť

Spúšť generuje požadovaný výkon spínacieho signálu a veľkosť hysterézie (to je rozdiel vo vzdialenosti pred zapnutím).

LED diódy

LED diódy poskytujú rýchle nastavenie a indikujú polohu spínača.

Zosilňovač

Zosilňuje výstupný signál na požadovanú hodnotu.

Demodulátor

Demodulátor mení vysokofrekvenčné oscilácie, kým sa nezmení napätie.

generátor

Vytvára elektrické pole, ktoré pôsobí na objekt.

Elektródy

Pracovnou plochou kapacitného snímača sú zvyčajne dve elektródy, ktoré fungujú ako kondenzátorové dosky, ktoré sú pripojené k spätnoväzbovému obvodu generátora. Ten je zase nakonfigurovaný tak, aby zmenil svoju silu, keď sa blíži k riadenému objektu.

Výsledkom týchto vibrácií je, že keď sa senzor priblíži k objektu, generátor generuje zvyšujúcu sa amplitúdu, ktorá je spracovávaná a produkuje výstupný signál.

Kapacitné snímače sú poháňané elektricky vodivými predmetmi a dielektrikami. Keď sa priblíži vodivý objekt, snímacia vzdialenosť sa stane oveľa väčšou, ako keď sú testovanými objektmi dielektrika (reakčná vzdialenosť závisí od dielektrickej konštanty).

Použitie
Využitie senzorov tohto typu je extrémne veľa a rozmanité. Sú široko používané v systémoch riadenia priemyselných procesov takmer vo všetkých priemyselných odvetviach.

Používajú sa v parkovacích senzoroch automobilov a na riadenie plnenia nádrží kvapalnými, sypkými a plynnými látkami, pre spínače na automatických linkách, pre strojné centrá, stroje, dopravníky, poplašné systémy a iné.

Typy kapacitných snímačov a ich aplikácie

Senzory priblíženia

V súčasnosti sú jedným z najbežnejšie používaných kapacitných senzorov senzory priblíženia, ktoré majú okrem mimoriadnej spoľahlivosti aj veľmi široké spektrum výhod.

Senzory tohto typu sa používajú takmer vo všetkých oblastiach, pretože sú cenovo veľmi prijateľné. Používajú sa na riadenie úrovne naplnenia rôznych nádob, na riadenie napätia, na signalizáciu v prípade problémov na výrobných linkách a iných.

Kapacitné enkodéry pre uhlové a lineárne pohyby

Senzory tohto typu sa používajú v priemyselných odvetviach ako strojárstvo, energetika, doprava, stavebníctvo a ďalšie.

Sklonomery

Kapacitné inklinometre sa používajú na ropných plošinách v nivelačných systémoch, na zisťovanie deformácií podpier, na sledovanie a kontrolu sklonu ciest a železníc pri ich stavbe, na zisťovanie kvality automobilov, lodí, výťahov, zdvíhacích zariadení, poľnohospodárskych strojov na zisťovanie uhlového posuvu rotujúcich predmetov, ako sú napr. ako hriadele, ozubené kolesá a mechanizmy, stacionárne aj pohyblivé.

Kapacitné snímače hladiny

Senzory tohto typu sa používajú v monitorovacích systémoch, pri regulácii a kontrole procesov v potravinárskom, farmaceutickom, chemickom a ropnom priemysle.

Sú mimoriadne účinné pri manipulácii s kvapalinami, sypkými materiálmi, vodivými a nevodivými viskóznymi látkami a v drsnom pracovnom prostredí v miestnostiach alebo na miestach, kde sa hromadí prach alebo kondenzácia.

Kapacitné snímače sú široko používané v priemyselných odvetviach, ktoré vyžadujú presné meranie celkového tlaku, hrúbky dielektrických materiálov, vlhkosti, lineárnych a uhlových deformácií a ďalšie.

Klasifikácia kapacitných snímačov podľa spôsobu ich implementácie

Všetky typy kapacitných snímačov možno rozdeliť do dvoch skupín: snímače s jednou a dvoma nádržami. Posledné menované sa ďalej delia na diferenciálne a semi-diferenciálne.

Senzory s jednou kapacitou majú jednoduchú konštrukciu a sú variabilnými kondenzátormi. Tento typ snímača má niekoľko nevýhod, medzi ktoré patria významné vplyvy prostredia, ako je vlhkosť a teplota.

Nevýhodou snímačov s diferenciálnou konštrukciou je to, že sa líšia od snímačov s jednou kapacitou a diferenciálne snímače majú najmenej tri spojovacie vodiče medzi snímačom a meracím zariadením na neutralizáciu negatívnych účinkov vlhkosti a teploty.

Kvôli tejto malej nevýhode však diferenciálne snímače výrazne zvyšujú svoju presnosť a stabilitu a tým rozširujú svoje pole použitia.

Výhody kapacitných senzorov
V porovnaní s konkurenčnými optickými, indukčnými a piezoelektrickými snímačmi majú kapacitné snímače veľa výhod, medzi ktoré patria:

• jednoduchosť výroby - na výrobu kapacitných snímačov sa používajú lacné materiály, čo ovplyvňuje konečnú cenu produktu;
• malé rozmery a hmotnosť;
• nízka spotreba energie;
• vysoký stupeň citlivosti;
• bezkontaktné (nemusia byť v blízkosti predmetu štúdia;
• dlhá životnosť;

Ľahké prispôsobenie konštrukcie snímača pre rôzne úlohy a merania.

Obmedzenie
Niektoré z najväčších nevýhod kapacitných snímačov sú:

• relatívne malý konverzný kurz (prevod);
• potreba pracovať na frekvencii nad 50 Hz;
• výkon môže byť ovplyvnený prachom a vlhkosťou a snímač môže zistiť nesprávne meranie;
• citlivosť na teplotu.

Kapacitné snímače sa navrhujú ľahko, výsledkom čoho je odolný a spoľahlivý dizajn. Parametre kondenzátora závisia iba od jeho charakteristík a nezávisia od vlastností použitých materiálov, ak sú správne vybrané.

Problém ich citlivosti na teplotu možno vyriešiť výberom vhodného materiálu pre platne a vhodnej izolácie pre ich upevnenie. Zostáva len zlepšiť ich ochranu pred škodlivými účinkami prachu, vlhkosti a iónového žiarenia a tento typ snímačov bude mať ešte širšiu škálu aplikácií.

A na záver môžeme zhrnúť ...

Kapacitné snímače využívajú veľmi malú mechanickú silu, ktorú potrebujú na pohyb pohyblivej časti, nastavenie výkonu systému a prevádzku s vysokou presnosťou. To všetko robí tieto snímače nepostrádateľnými pre presné meranie vodivých a nevodivých prvkov.

Otázky a odpovede:

Čo sú to kapacitné snímače? Jednokapacitné, dvojkapacitné. Na druhej strane sa delia na: lineárne, uhlové, sklonomery, snímače hladiny, prevodníky tlaku.

Na čo sú kapacitné snímače určené a ako fungujú? V takýchto snímačoch sa mení meraný parameter, v dôsledku čoho sa mení odpor. Takéto snímače sa používajú na prevod hodnôt vlhkosti, tlaku, mechanickej sily atď.

Ako funguje kapacitný snímač hladiny? V takomto snímači sa vplyvom zmeny meranej hladiny mení aj kapacita kondenzátora (tvorí ho sonda a steny zásobníka - čím viac kvapaliny v zásobníku, tým vyššia kapacita).