Емкостный датчик принцип работы кратко

Обновлено: 16.05.2024

В основе принципа работы емкостного датчика лежит изменение емкости конденсатора при внесении в его электрическое поле какого-либо материала.

Устройство емкостного датчика общего применения показано на рисунке ниже:

Электроды конденсатора, являющегося частью генератора, создают электрическое поле для взаимодействия с объектом.

Генератор обеспечивает переменное электрическое поле перед электродами конденсатора.

Демодулятор преобразует изменение высокочастотных колебаний генератора в изменение постоянного напряжения.

Триггер обеспечивает необходимый порог срабатывания, гистерезис, крутизну фронтов сигнала управления.

Усилитель увеличивает амплитуду и рабочий ток выходного сигнала до необходимых значений.

Подстроечный элемент служит для регулировки чувствительности датчика и отстройки от помех (росы, инея и пр.)

Индикатор - обычно светодиодный обеспечивает визуальный контроль срабатывания датчика, увеличивая удобство эксплуатации, уменьшая время настройки.

Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от вредного воздействия твердых частиц и влаги.

Корпус. В цилиндрических датчиках чаще всего выполняется из латуни и нержавеющей стали. В прямоугольных и других исполнениях применяются ударопрочные пластики. Корпус служит для обеспечения монтажа датчика и защиты от механических и прочих внешних воздействий.

Принцип работы

При попадании какого-либо материала в поле конденсатора с большей диэлектрической проницаемостью, увеличивается емкость конденсатора. В генераторе возникают колебания с амплитудой, зависящей от расстояния до материала, размеров его, а также от его диэлектрической проницаемости. Амплитуда колебаний преобразуется демодулятором в изменение уровня постоянного напряжения, что вызывает срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика.

Разнообразие объектов воздействия, вызывающих срабатывание емкостных выключателей, обуславливает широкий спектр областей, в которых они применяются.

Наибольший эффект достигается при использовании в системах: - контроля уровня наполнения резервуаров, емкостей, контейне- ров сыпучими и жидкими материалами; - контроля уровня содержимого в упаковке, в таре; - сигнализации разрыва лент; - счета и позиционирования объектов любого рода.

Возможно применение емкостных выключателей в пищевой и в химической отраслях промышленности. При этом для исключения непосредственного контакта активной поверхности выключателя с пищевыми продуктами или с химически агрессивными средами, можно рекомендовать использовать защитную диэлектрическую перегородку, изготовленную из соответствующих материалов.

При необходимости обнаружения веществ и материалов, находящихся за металлической стенкой, в ней следует выполнить окно, закрытое диэлектрической перегородкой, перед которой устанавливают емкостный выключатель. Толщина перегородки должна быть значительно меньше расстояния воздействия выключателя, а диэлектрик должен иметь малую диэлектрическую проницаемость Er.

Как я уже писал в статье "Автоматизация. Начало. Что и почему.", почти любая система автоматизации нуждается в информации о состоянии объекта управления. Там же я немного рассказал о том, какие датчики бывают. Однако, более подробное описание разных типов датчиков и особенностей работы с ними осталось за кадром.

В данной статье я немного подробнее расскажу про емкостные датчики, и их особенности. По большей части это обзорная статья, рассчитанная на начинающих и любителей. Профессионалы здесь не найдут ничего нового. Про обработку сигналов таких датчиков я расскажу в следующей статье.

Емкостный датчик, принцип работы

Как следует из названия, в основе этих датчиков лежит конденсатор, емкость которого изменяется под воздействием внешних факторов. А работа с датчиком сводится с измерению емкости, или измерению изменения емкости, этого конденсатора. Звучит просто, но реальность несколько сложнее.

Всем, из школьного курса физики, известна формула емкости плоского конденсатора

Из этой формулы видно, что наше внешнее воздействие может изменять три параметра конденсатора

Расстояние между пластинами, обкладками, конденсатора
Площадь одной из обкладок
Диэлектрическую проницаемость среды между обкладками

При этом первые два параметра являются механическими, а диэлектрическая проницаемость определяется свойствами среды (диэлектрика).

Датчики использующие изменение расстояния между обкладками

Проще всего изменять расстояние между обкладками

Здесь внешнее воздействие показано в виде вектора силы F. Это воздействие изменяет расстояние между обкладками. Причем одной из обкладок может быть сам контролируемый объект, например, подвижный стол, шток, держатель инструмента. Возможна и несколько иная реализация этого принципа построения датчика

Здесь предполагается, что подвижная пластина является проводящей. Фактически, такой датчик состоит из двух конденсаторов. При этом подвижная обкладка является для них общей. Такая конструкция может быть полезной, если подключение подвижной обкладки к схеме измерения затруднительно. Да, подвижный элемент не обязательно является обкладкой конденсатора и может быть выполнен из диэлектрика, но об этом чуть позже.

Датчики использующие изменение площади перекрытия обкладок

Изменение площади обкладок тоже возможно, например, так

Здесь подвижная обкладка движется параллельно неподвижной так, что расстояние между ними не изменяется. При этом площадью обкладки конденсатора будет площадь перекрывающейся части пластин, которая и изменяется при перемещении. На рисунке она ограничена пунктиром.

На первый взгляд кажется, что такая конструкция датчика менее удобна и, при этом, не отличающейся принципиально от предыдущей. Однако, разница весьма существенна. Дело в том, что изменение расстояния между обкладками становится неприменимым, при большой величине перемещения. Зато параллельное смещение не имеет, в разумных пределах, такого ограничения.

Точно так же, как в предыдущей конструкции, мы можем разделить неподвижную обкладку на две части и подключить их к схеме измерения

Датчики использующие изменение диэлектрической проницаемости

Это самый интересный, и самый общий случай. Диэлектрическая проницаемость разных материалов различна. Для вакуума она равна 1, однако, этот случай для нас особого интереса не представляет. Диэлектрическая проницаемость воздуха очень блика к 1 (1,0001959 при 20 градусах и нулевой влажности). Диэлектрическая проницаемость бензина примерно равна 2, а воды 81. У многих пластмасс диэлектрическая проницаемость лежит в пределах 2-8. Используемая для изготовления конденсаторов керамика обладает диэлектрической проницаемостью 10-200 и более.

Если диэлектрик не однороден, или занимает не все пространство между обкладками, то в формулу расчета емкости нужно подставлять эквивалентную диэлектрическую проницаемость. Так для двух слоев диэлектрика с разной проницаемостью емкость конденсатора будет определяться так

В случае датчиков, слоями диэлектрика могут являться, например, два слоя воздуха и некий материал, расположенный между обкладками.

Причем величина воздушных зазоров может быть разной с разных сторон, как это и показано на рисунке выше. Если известна диэлектрическая проницаемость объекта, мы можем таким образом определить его толщину. Если известна толщина, то можно определить диэлектрическую проницаемость и, в некоторой степени, отличить один материал от другого. Но это еще не самое интересное.

Если заполнить пространство между обкладками смесью диэлектриков с различающейся, но известной, диэлектрической проницаемостью, то можно определить процентный состав смеси. Например, так можно определить влажность древесины или почвы.

Вот так, например, можно реализовать подсчет движущихся объектов

Причем обкладки датчика могут располагаться не с двух сторон объектов, а с одной стороны. Если в качестве объектов используются зубцы шестерни, то можно измерить скорость ее вращения. А если зубцы рейки, то величину перемещения. При этом объекты (в том числе, зубцы) не обязаны быть проводящими. Достаточно, что бы их диэлектрическая проницаемость была выше, чем у воздуха. Причем чем больше разница, тем лучше.

Так же, можно определить, какая часть датчика заполнена объектом

Здесь датчик можно представить в виде двух включенных параллельно конденсаторов. Первый заполнен диэлектриков на глубину L2. Второй заполнен только воздухом на глубину L3. Степень заполнения получается расчетом. На самом деле, промежуток L3 не обязательно должен быть заполнен воздухом. Вполне возможна ситуация, когда L2 заполнен водой, а L3 бензином, например. И это позволяет определить уровень воды находящейся под слоем топлива.

Разумеется, возможно построение датчиков по схемам, показанным для датчиков с изменением расстояния между обкладками или площади обкладок, которые были приведены выше. Только подвижные элементы будут не проводящими. Это снижает чувствительность датчиков, но они сохраняют работоспособность. Я не буду приводить формулы расчета емкости для этих случаев.

Особенности емкостных датчиков

Емкостные датчики, не смотря на свою конструктивную простоту, не так просты в работе. Давайте рассмотрим некоторые из их важных особенностей. При этом собственно обработка сигнала с емкостных датчиков будет рассматриваться в следующей статье.

Очень высокое выходное сопротивление

Это одна из самых важных особенностей. Поскольку обкладки датчика разделены слоем изолятора, сопротивление датчика очень высокое. Это необходимо учитывать при разработке схем обработки сигналов с емкостных датчиков. Повышенные токи утечки, например, вызванные загрязнением поверхности печатной платы блока электроники или недостаточной защитой от влажности, могут привести, в некоторых случаях, даже к полной неработоспособности.

Низкая помехоустойчивость

Это следствие высокого сопротивления датчика. Обкладки датчика, фактически, являются антеннами, которые прекрасно улавливают помехи. Поэтому требуется экранирование датчика, соединительных проводников и схемы обработки. Возможны и другие решения, например, использованием коаксиальной конструкции датчика. Если этого недостаточно, или невозможно, то нужно применять методы фильтрации и усреднения.

Высокий уровень генерации помех

Работа с емкостными датчиками сводится к измерению их емкости. Более подробно это будет рассмотрено в следующей статье. Но уже сейчас можно сказать, что измерение выполняется не на постоянном токе. А значит, обкладки датчика не только являются не только антеннами принимающими помехи, но и антеннами излучающими помехи.

Проблема решается экранированием, снижением амплитуды переменного (импульсного) напряжения на обкладках датчика, уменьшением скорости изменения напряжения. Возможны и специальные конструктивные решения.

Собственная паразитная емкость датчика

Работая с емкостным датчиком мы, фактически, используем не абсолютное значение емкости, а величину ее изменения. При этом величина изменения часто является весьма малой. Что бы чувствительность датчика, которая определяется отношением величины изменения к полной емкости датчика, была выше, собственная (паразитная) емкость датчика должна быть как можно меньше. Это тем важнее, чем меньше диэлектрическая проницаемость измеряемого объекта. Поскольку проводники от обкладок датчика до схемы обработки вносят ощутимый вклад в паразитную емкость их необходимо делать как можно более короткими. По этой причине большинство емкостных датчиков конструктивно объединены со схемами обработки. И выходным сигналом датчика, в этом случае, является выходной сигнал схемы обработки.

Характеристики емкостных датчиков нелинейны

В большинстве случаев, емкость датчика изменяется нелинейно даже при линейном изменении внешнего воздействия. Это не является существенной проблемой, если от датчика требуется определение порогового состояния, например, заданного минимального расстояния до объекта. Но если датчик используется для измерения непрерывной величины, например, уровня жидкости в емкости, такая нелинейность должна учитываться или схемой обработки, или схемой управления.

Чувствительность к расположению датчика

И обкладки датчика, и соединительные проводники, и элементы схемы обработки сигнала, обладают емкостью относительно окружающих предметов, включая нашу планету. Если автоматическая калибровка датчика не предусмотрена, а условия работы изменились, например, к датчику подошел оператор, или блок измерения переместили со деревянного стола на металлический, датчик может выдавать неверные данные.

Эту проблему можно решать конструктивно, схемотехнически, алгоритмически. Для регистрации пороговых событий хорошим методом является автоматическая калибровка и фильтрация во времени, что позволяет отделить реальное событие от фонового. При измерении непрерывных величин требуются более сложные, комбинированные, способы.В простых случаях возможно ограничиться ручной калибровкой при установке датчика.

Кстати, именно данная особенность приводит к сбоям простых самодельных систем полива растений, которые используют емкостные датчики. Если система используется для полива растения в горшке на подоконнике, или на полу, то датчик будет реагировать и на то, к растению подошел человек. Это можно устранить алгоритмически. По той же причине невозможно откалибровать емкостный датчик влажности почвы на лабораторном столе и потом использовать его для полива в теплице или на грядке. Нужна калибровка датчика именно в том месте, где он будет применяться. И в тех датчиках, которые я упоминал в статье " Влажность почвы. Почему все так не просто? " я все это учитываю.

Область применения емкостных датчиков

Емкостные датчики применяются достаточно широко. Я ограничусь лишь небольшим списком:

Пожалуй, самым известным их применением являются сенсорные экраны и прочие сенсорные элементы управления.
Различные измерительные приборы
Автоматические производственные линии (подсчет предметов, контроль наличия предмета, контроль заполненности емкости
Измерители уровня жидкостей и сыпучих тел
Датчики близости
Концевые датчики

Емкостные датчики выпускаются серийно, включая различные исполнения повышенной защищенности (например, взрывобезопасные). При этом есть датчики разной точности и разной дальности от контролируемых объектов. Емкостные датчики достаточно просты и дешевы, при этом обладают высокой надежностью. Но при этом требуют учета своей специфики. Впрочем, как и любые другие датчики.

Заключение

Я кратко, практически обзорно, рассказал о том, как работают емкостные датчики и какие особенности они имеют. В следующей статье поговорим о том, как обрабатывать сигналы с таких датчиков. То есть, о том, как устроены те самые "схемы обработки".

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.

Классификация

По исполнению емкостные датчики делятся на:

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:

С изменяемой площадью электродов.
С изменяемым промежутком между обкладками.

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:

Переменным расстоянием между пластинами.
Площадью перекрытия пластин.
Изменяемой диэлектрической проницаемости материала.

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 имеют множество преимуществ в отличие от других видов. К ним можно отнести:

Форма датчика легко совмещается с разными конструкциями и поставленными задачами.
Не требуется больших усилий для передвижения чувствительного компонента.
Длительная эксплуатация.
Отсутствие подвижных контактов.
Повышенная чувствительность.
Малый расход электроэнергии.
Небольшие габаритные размеры и масса.
Технологичность при изготовлении, применение дешевых материалов и веществ.

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

Работа на высокой частоте.
Повышенные требования к экранированию элементов.
Малый коэффициент преобразования.

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.

Водопровод и канализация

Насосные станции и очистные сооружения

Канализационные

Водопроводные

Пожарные

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.

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:

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.

Читайте также: