Емкостной датчик давления: Емкостные датчики — статьи «ОвенКомплектАвтоматика»

alexxlabДатчик

Содержание

Емкостные датчики: принцип работы, виды, применение

Главная Исследования, разработки, полезная информация Емкостные датчики

20.01.2022

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

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

Конструкция и принцип работы

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

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

  • Ɛ – постоянное значение относительно диэлектрической проницаемости среды между пластинами;
  • S – площадь пластин;
  • d – расстояние между пластинами.

Датчики емкостного типа работают следующим образом:

  1. Для контроля объекта генерируется электрическое поле с помощью генератора;
  2. Специальное электронное устройство фиксирует изменения напряжения и амплитуды высокочастотных колебаний генератора;
  3. Электронный триггер выступает в роли компаратора для того, чтобы установить уровень сигнала для срабатывания устройства;
  4. Усилитель масштабирует выходной сигнал до необходимой величины;
  5. Срабатывание устройства отображается с помощью индикатора, в роли которого выступает светодиод. По этому индикатору можно отследить момент переключения и по нему произвести настройку чувствительности.
  6. Вся электроника устройства находится в компаунде. Это необходимы для защиты электроники от негативных внешних воздействий, например, грязь, вода и т.п.
  7. Весь датчик заключается в прочный корпус, который может быть изготовлен как из пластика, так и из латуни. Тем самым устройство защищается от механических воздействий.
  8. Чувствительная область датчика, которая взаимодействует с объектом контроля, образована с помощью электродов из металла. При этом электроды являются элементом обратной связи для генератора.
  9. Контролируемый объект входит в поле, что приводит к появлению колебаний на генераторе. Значение амплитуды этих колебаний зависит от близости объекта к датчику. Триггер срабатывает при достижении амплитуды колебаний заданного значения.

Виды емкостных датчиков?

По типу исполнения оборудование бывает 2 видов.

Одноемкостные

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


Двухъемкостные

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

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

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


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


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


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


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


Области применения

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

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

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

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

  • автоматическая установка платформы в горизонтальное положение;
  • контроль прогиба или деформации различных конструкций;
  • измерение наклона дорог при их строительстве или обслуживании;
  • контроль углового перемещения при вращении.

Особенности емкостных датчиков

Основными достоинствами применения емкостных датчиков являются:

  • компактные габариты;
  • малое энергопотребление датчика;
  • высокий рабочий ресурс;
  • формфактор датчика можно удобно приспособить к различным конструкциям.

Из ограничений емкостных датчиков следует выделить:

  • малый коэффициент преобразования;
  • хороший работа достигается на высокой частоте;
  • требуется экранирование чувствительного элемента.

Емкостные датчики. Виды и устройство. Работа и применение

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

По исполнению емкостные датчики делятся на:

  • Одноемкостные.
  • Двухъемкостные.

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.

Основными областями применения датчиков стали:
  • Подсчет штучного товара.
  • Регулировка натяжения конвейера.
  • Сигнализация обрыва проводника при намотке.
  • Контроль наполнения упаковки.
  • Сигнализация при заполнении стеклянных и пластиковых сосудов.
Похожие темы:
  • Индуктивные датчики. Виды. Устройство. Параметры и применение
  • Датчики Холла. Виды и применения. Работа и подключения
  • Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство
  • Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение
  • Датчики температуры. Виды и принцип действия, Как выбрать
  • Ультразвуковые датчики часть 1. Устройство и работа
  • Ультразвуковые датчики часть 2. Типы и работа. Применение

Емкостной преобразователь давления [Что такое и как он работает]-Sino

Емкостной преобразователь давления, также называемый емкостным преобразователем давления или емкостным датчиком давления. Датчик давления емкостного типа представляет собой датчик дифференциального давления.

Что такое емкостный датчик давления?

Емкостный преобразователь давления представляет собой устройство измерения давления , которое преобразует приложенное давление в сигнал тока, как 4-20 мА .

Датчик давления представляет собой устройство, измеряющее давление жидкости и указывающее силу, с которой жидкость действует на соприкасающиеся с ней поверхности.

Датчики давления используются во многих приложениях управления и мониторинга, таких как расход , воздушная скорость, уровень , насосные системы или высота над уровнем моря.

Датчик давления состоит из двух основных частей: эластичного материала, который деформируется при воздействии среды под давлением. И электрическое устройство, которое обнаруживает деформацию и преобразует ее в пригодный для использования электрический сигнал.

Эластичный материал может иметь различные формы и размеры в зависимости от принципа измерения и диапазона измеряемых давлений.

Часто используется диафрагма в сочетании с электрическим устройством, работающим по резистивному, емкостному или индуктивному принципу.

Рекомендуемые Емкостные датчики давления

Как работает емкостной датчик давления?

Принцип работы емкостного датчика давления

Преобразователь давления с переменной емкостью имеет емкостную пластину ( диафрагма ) и еще одну емкостную пластину (электрод), прикрепленную к поверхности без давления. С зазором определенного расстояния между диафрагмой и электродом.

Изменение давления увеличивает или уменьшает зазор между двумя пластинами, что меняет емкость.

Затем это изменение емкости преобразуется в полезный сигнал.

Принцип работы емкостного датчика давления:

— Линейное изменение емкости при изменении физического положения подвижного элемента может использоваться для обеспечения электрической индикации положения элемента.

емкость определяется как:

C = Aε/D

C — емкость между двумя проводниками

A — Площадь перекрытия между этими проводниками

D диэлектрическая проницаемость изолирующей среды

Диэлектрическая проницаемость среды и площадь перекрытия в этом случае будут постоянными, единственным изменяющимся параметром. В данном случае это расстояние между проводниками, которое изменяется при изменении давления, которое изменяет емкость.

Таким образом, изменение давления приводит к изменению емкости. Наш емкостной датчик давления показан ниже. Так же, как емкостной датчик давления Rosemount A :

Емкостная камера изолирована от процесса с помощью изолирующей камеры.

Давление с одной стороны. По мере увеличения давления на стороне высокого давления изолирующая диафрагма прижимается к металлической раме. Передача своего движения чувствительной диафрагме через заполняющую жидкость.

Заполняющей жидкостью будет масло.

Цепь емкостного детектора, подключенная к этой ячейке, использует высокочастотный сигнал возбуждения переменного тока для измерения разницы в емкости между двумя половинками. Преобразование этого в сигнал постоянного тока в конечном итоге становится выходным сигналом прибора, представляющим давление.

Простое подключение емкостного датчика к электрической цепи показано ниже:

подключение емкостного датчика

Преимущества емкостного датчика давления:

  • Погрешность от 0,01 до 0,2%
  • Линейность
  • Быстрый отклик
  • Диапазон от 80 Па до 35 МПа

Недостатки емкостного датчика давления:

  • Температурная чувствительность
  • Проблема паразитной емкости
  • Вибрация
  • Ограниченная способность к избыточному давлению
  • Стоимость

Подробнее Что такое разделительная диафрагма?

Что делает датчик давления?

Датчик давления представляет собой измерительное устройство, которое преобразует приложенное давление в электрический сигнал.

Как правило, датчик давления состоит из двух частей: эластичного материала, который деформируется под действием давления. И электрическая часть, обнаруживающая эту деформацию.

Расширенное чтение: схема подключения датчика давления 4-20 мА

Применение емкостного датчика давления

Типы датчиков давления:

Существуют различные типы датчиков давления в зависимости от их конструкции.

Эти датчики могут быть разных форм и размеров, но внутренняя технология также может различаться.

На основе этого существует 4 основных типа датчиков давления: 

  • Тензометрические датчики давления
  • Емкостные датчики давления
  • Потенциометрические датчики давления
  • Резонансные проволочные датчики давления

Узнайте больше о Промышленные датчики давления

Сколько стоит датчик давления?

На цену датчика давления влияет ряд факторов.

Самое большое различие заключается в том, можете ли вы использовать стандартный датчик давления, имеющийся в наличии, или вам нужен специальный датчик давления.

Цена датчика давления, имеющегося в наличии, больше всего зависит от уровня точности, необходимого для вашего приложения.

Чем точнее датчик давления, тем он обычно дороже.

Чтобы узнать больше о ценах на нестандартные датчики давления, нажмите здесь.

Сопутствующие товары

Датчик низкого давления SI-303
Датчик низкого давления для измерения низкого давления воздуха и неагрессивных газов. от 0 ～ 2,5 кПа до 0 ～ 30 кПа измеримое.
SI-300 Датчик давления 4–20 мА/напряжение
Датчик давления 4–20 мА/напряжение,
, также называемый датчиком давления 4–20 мА,
, представляет собой датчик давления с выходным напряжением 5–20 мА/напряжение. SI-512H Высокотемпературный датчик давления
Высокотемпературный датчик давления для измерения давления высокотемпературного газа или жидкости. Например, давление пара. Высокая температура до 800 ℃. Преобразователь абсолютного давления
Преобразователь абсолютного давления с выходом 4–20 мА для измерения давления с эталоном абсолютного типа. Преобразователь абсолютного давления (АР) является мерой идеального (полного) вакуумметрического давления. Датчик гидростатического давления
Датчик гидростатического давления используется для измерения гидростатического давления жидкости. С рабочим статическим давлением до 32 МПа для жидкости, газа или пара.
Датчик манометрического давления из диффузионного кремния
Датчик манометрического давления (GP) сравнивает технологическое давление с местным давлением окружающего воздуха. Преобразователи манометрического давления имеют порты для измерения давления окружающего воздуха в режиме реального времени. Емкостной преобразователь манометрического давления
Преобразователи манометрического давления (GP) сравнивают технологическое давление с местным давлением окружающего воздуха. Преобразователи манометрического давления имеют порты для отбора проб давления окружающего воздуха в режиме реального времени. Датчик уровня DP с удлиненной диафрагмой Датчик уровня DP с удлиненной диафрагмой представляет собой датчик уровня, устанавливаемый непосредственно на трубу или резервуар. Изолирующая диафрагма находится в непосредственном контакте с жидкой средой.

В дополнение к измерению давления емкостная технология также используется для измерения уровня жидкости. Подробнее о: Принцип емкостного измерения уровня.

Sino-Instrument предлагает более 50 емкостных датчиков давления .

Примерно 50% из них составляют Датчики низкого давления 4-20 мА,  40%  Дифференциальный манометр .

И 20% составляют датчики давления с мембранным разделителем, 20% составляют датчики дифференциального давления 4-20 мА.

Вам доступны различные варианты Емкостные датчики давления , такие как бесплатные образцы, платные образцы.

Sino-Instrument является всемирно признанным поставщиком

и производителем датчиков низкого давления , расположенным в Китае.

Основной страной-поставщиком является Китай (материк), который поставляет 100% емкостных датчиков давления соответственно.

Емкостные датчики давления Продукты наиболее популярны на внутреннем рынке, в Юго-Восточной Азии и на Среднем Востоке.

Вы можете обеспечить безопасность продукции, выбирая сертифицированных поставщиков с сертификатом ISO9.001, сертификация ISO14001.

Запрос цитаты

Пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, чтобы представить форму