/ / Kapacitiv transducer

Kapacitiv transducer

Definition: Den kapacitive transducer bruges til målingforskydningen, trykket og andre fysiske mængder. Det er en passiv transducer, der betyder, at den kræver ekstern strøm til drift. Den kapacitive transducer arbejder på princippet om variable kapacitanser. Kapacitansen af ​​den kapacitive transducer ændres på grund af mange grunde som overlapning af plader, ændring i afstand mellem pladerne og dielektriske konstant.

Den kapacitive transducer indeholder to parallellemetalplader. Disse plader er adskilt af det dielektriske medium, som er enten luft, materiale, gas eller væske. I den normale kondensator er afstanden mellem pladerne fastgjort, men i kapacitiv transducer varieres afstanden mellem dem.

Den kapacitive transducer bruger den elektriskeKapacitanskapacitet til konvertering af den mekaniske bevægelse til et elektrisk signal. Indgangskvantiteten forårsager ændring af kapacitansen, der måles direkte af den kapacitive transducer.

Kondensatorerne måler både statisk ogdynamiske ændringer. Forskydningen måles også direkte ved at forbinde de målbare indretninger til kondensatorens bevægelige plade. Det virker med både de kontaktende og ikke-kontaktende tilstande.

Operationsprincip

Ligningerne nedenfor udtrykker kapacitansen mellem pladerne på en kondensator

capactive-ligning-1

Hvor A - overlappende område af plader i m2
d - afstanden mellem to plader i meter
ε - permittivitet af mediet i F / m
εr - relativ permittivitet
ε0 - permitteringen af ​​ledig plads

Skematisk diagram af en parallel plate kapacitiv transducer er vist i nedenstående figur.

kapacitiv-transducer

Kapacitansændringen opstår på grund afphysicals-variabler som forskydning, kraft, tryk osv. Transducerens kapacitans ændres også ved variationen i deres dielektriske konstant som normalt skyldes måling af væske eller gasniveau.

Transducerens kapacitans måles med brokredsløbet. Outputimpedansen af ​​transduceren er angivet som

kapacitiv-transducer-2

Hvor, C - kapacitans
f - frekvens af excitation i Hz.

Den kapacitive transducer anvendes hovedsagelig til måling af lineær forskydning. Den kapacitive transducer bruger følgende tre effekter.

  1. Variation i transducerens kapacitans er på grund af overlapning af kondensatorplader.
  2. Ændringen i kapacitans er på grund af forandringen i afstande mellem pladerne.
  3. Kapacitansen ændres på grund af dielektrisk konstant.

Følgende metoder anvendes til måleforskydningen.

1. En transducer ved hjælp af skiftet i Pladens område - Ligningen nedenfor viser, at kapacitansen er direkte proportional med pladens areal. Kapacitansen ændres tilsvarende med ændringen i pladernes position.

kapacitiv-transducer-med-forskydning

De kapacitive transducere bruges til målingden store forskydning ca. fra 1 mm til flere cms. Området for den kapacitive transducer ændres lineært med kapacitansen og forskydningen. I begyndelsen opstår ikke-linearitet i systemet på grund af kanterne. Ellers giver den det lineære svar.

Kapacitansen af ​​parallelpladerne er angivet som

kapacitiv-transducer-ligning-4

hvor x - længden af ​​overlappende del af pladerne
ω - bredden af ​​overlappende del af pladerne.

Følsomheden af ​​forskydningen er konstant, og det giver derfor den lineære sammenhæng mellem kapacitans og forskydning.

kapacitiv-transducer-5

Den kapacitive transducer anvendes til måling af vinkelforskydningen. Det måles af de bevægelige plader vist nedenfor. En af pladerne på transduceren er fikset, og den anden er bevægelig.

kantet-kapacitive-transducer

Fasordiagrammet for transduceren er vist i nedenstående figur.

capacative-transducer
Vinkelbevægelsen ændrer transducernes kapacitans. Kapacitansen mellem dem er maksimal, når disse plader overlapper hinanden. Kapacitans maksimale værdi udtrykkes som
kapacitiv-transducer-ligning-7

Kapacitansen i vinkel θ er givet udtrykt som,

capacitvie-transducer-ligning-8

θ - vinkelforskydning i radian. Følsomheden for kapacitansændringen er angivet som

kapacitiv-transducer-ligning-9

180 ° er den maksimale værdi af kondensatorens vinkelforskydning.

2. Transduceren bruger ændringen i afstanden mellem pladerne - Transducerens kapacitans er omvendtproportional med afstanden mellem pladerne. Den ene plade af transduceren er fikset, og den anden er bevægelig. Den forskydning, der skal måles, forbinder de bevægelige plader.

Forskydnings-kapacitive-transducer

Kapacitansen er omvendt proportional medafstand, på grund af hvilken kondensatoren viser det ikke-lineære svar. En sådan type transducer anvendes til måling af den lille forskydning. Fasordiagrammet for kondensatoren er vist i nedenstående figur.

kapacitiv-transducer-3

Sensorens følsomhed er ikke konstant og varierer fra sted til sted.

Fordel ved kapacitiv transducer

Følgende er de store fordele ved kapacitive transducere.

  1. Det kræver en ekstern kraft til drift og dermed meget nyttig til små systemer.
  2. Den kapacitive transducer er meget følsom.
  3. Det giver et godt frekvensrespons, som det bruges til den dynamiske undersøgelse.
  4. Transduceren har høj indgangsimpedans, derfor har de en lille belastningseffekt.
  5. Det kræver lille udgangseffekt til drift.

Ulemper ved kapacitive transducer

De vigtigste ulemper ved transduceren er som følger.

  1. De metalliske dele af transducerne kræver isolering.
  2. Kondensatorens ramme kræver jordforbindelse for at reducere effekten af ​​det magnetiske magnetfelt.
  3. Sommetider viser transduceren de ikke-lineære adfærd på grund af kanten effekten, som styres ved at bruge beskyttelsesringen.
  4. Kablet, der forbinder transduceren, forårsager en fejl.

Anvendelse af kapacitive transducer

Følgende er anvendelser af kapacitiv transducer.

  1. Den kapacitive transducer bruger til måling af både den lineære og vinkelforskydning. Det er ekstremt følsomt og bruges til måling af meget lille afstand.
  2. Det bruges til måling af kraft ogpres. Kraften eller trykket, som skal måles, omdannes først til en forskydning, og derefter ændrer forskydningen transducerens kapacitanser.
  3. Den bruges som en tryktransducer i nogle tilfælde, hvor transducers dielektriske konstant ændres med trykket.
  4. Fugtigheden i gasser måles gennem den kapacitive transducer.
  5. Transduceren bruger den mekaniske modifikator til måling af volumen, densitet, vægt osv.

Nøjagtigheden af ​​transduceren afhænger af variationen i temperatur til det høje niveau.

Læs også: