静電容量センサ：装置および動作原理。 静電容量センサー：アプリケーション

近代産業、そして日常の人間人間の活動、あまりにも、あらゆる電子機器なしで想像することは不可能です。 彼らはあらゆる方法で私たちを助け、そして実行するためのいくつかの製造業務はそれらなしで成功しません。 これらの「ヘルパー」にも静電容量センサを含むべきです。

だから、パラメトリックタイプによって作られたコンバータと呼ばれます。 いくつかの重要なパラメータの変更時体積そのようなデバイスの測定は、静電容量のばらつきを介して行われます。 単純に、中に推定変更置く 静電容量を 、いくつかの外部要因の影響を受けて。

容量センサの動作原理

それはどのような静電容量式センサです。 動作原理は、彼らはそれほど難しくはありませんが、あなたが何かを知っている必要があり、それを理解すること。 まず第一に、私たちは、コンデンサの静電容量を決定する原理を思い出します。 このアクションは、以下の式で表されます。

C =εεₒS/δ。

この式は、学校の物理学コースから多くに知られているが、それは各変数を意味し、あなたの記憶とリコールをリフレッシュするために損はありません。

• S - コンデンサプレートの面積。
• E - コンデンサの設計で使用される誘電体材料の比誘電率。
• εₒ - 物理学のように自由空間の誘電率を示すために。
• δ - ので、指定することができ、または誘電体板の厚さ、または材料の複数の層の間の距離。

したがって、静電容量を容易に変更し、上記式から。 それは何らかの形で誘電体材料のプレートの面積に作用する十分、透過性プレートまたは直接間の距離は、材料の製造に使用されます。 したがって、特定の値の選択は、単にデバイスの設計者が設定したタスクのリストに依存します。

このように、私たちも、あなたの手との容量センサーを作ることができ、それはビューの建設的な点として - 通常のフラットまたは円筒型キャパシタの一方のプレートは常に静電容量の変化につながる空間で制御された動きを、経験しています。 上記の式は、あなたが完全にエッジ効果を無視している場合にのみ有効であることを忘れてはなりません。 私たちは、この記事の最後のセクションではこれについて詳しく説明します。

そのような電子機器の小型化、適用作業、湿度、活性物質及び他の特性の濃度を計算し、オブジェクトの角度と直線変位を測定するために広く使用されていることを知らなければなりません。 問題の構造的側面について、次にベールは、誘電体材料の内層と、さらにはそれなしで、ピン電極を有する円筒形のハウジング内に、平行平面構成されていると述べました。

ここでは、静電容量式センサを操作する方法を説明します。 それらのいくつかの動作原理を詳細に知る必要があります。 この記事では、私たちはあなたのために役立つことができ、いくつかの式を与えます。

センサーの特定の種類の動作原理を説明するための式

正方形誘電体板の可能な変化を有するレベルセンサは、かなり容易以下の式を用いて記述することができます。

C =εεₒaH/δ。

この場合、「X」で使用される電極の重なりの長さを指します。 従って、「」コンデンサのプレートの幅です。 彼らが角度値を正確に測定するために使用される場合に、そのようなデバイスは、業界の様々な分野で応用されていることに留意すべきです。 このような場合には、変換器の容量は、次式で求められます。

C =εεₒ（r₂-、R1）/2δ*（φₒ-φ）。

正確な感度を測定するために、あなたは少し異なる式を使用する必要があります。

K =εεₒ（r₂-、R1）/2δ。

私たちは、これらの方程式の一部であるこれらの変数が何を意味するのか見てみましょう：

• 式中、R1 - コンデンサプレートの内径;
• R 2 - 、同じプレートの外半径、
• φ - オーバーラップ角度のモーメント（実際の）値で測定されました。
• φₒ - オーバーラップ角度の初期値。

最後に、我々は、調節可能なエアギャップとの容量ゲージの動作原理を説明する数式を説明します。

C =εεₒS/（δₒ-X）。

予想通り、理解δₒプライマリクリアランス、文字Xは、プレートの変位と同じ量です。 注意を払ってください！ ので、静特性は、典型的には、厳密に数量0,1δₒを超えない非常に小さな変位を測定するために使用される種類のレベルセンサ、線形ではありません。 当然のことながら、これらのデバイスは非常に些細なエラーが非常に深刻な問題を引き起こす可能性が精密工学、中に要求されています。

どこでそれらを使用することができますか？

可能なアプリケーションの分野は非常に多様です。 したがって、事実上すべての産業では、これらのデバイスによって制御されている操作を、満たすことができます。 彼らは、様々なタンクの充填を制御するために使用され、そしてその内容物は、液体、気体または粒子（ガスセンサ）であってもよいです。

産業用および正常ヒト産業活動の有病率は、このようなデバイスを設計することが高ければ高いほど、より信頼性と簡単です。 これらの症状の組み合わせから、彼らは石油タンカーを保持しても、非常に攻撃的な条件で使用することができるように良いです。

また、静電容量センサは、コンベヤライン又は機械製造工場でリミットスイッチとして使用することができます。 これは、必要に応じて、様々なメカニズムの中で最も正確な位置決めのためです。

近接センサ

しかし、今大きな需要の中に 近接センサ、 正確に同じ原理で作られています。 その使用の範囲がさらに広いです。 これは業界のほぼすべての種類の中に作業することができますペニーコストのデバイスによるものです。 しかし、このタイプの装置は、最も普及している一般的な産業があります。

• プラスチックまたはガラス製の流体で満たされた透明容器の制御。
• 同様の機能は、完成した製品は、透明な材料で作られた容器に包装された（子供を含む）食品の製造におけるそれらによって行われます。 同じ原理に基づくと容量燃料センサーとしてベールの仕事に。
• 危険区域を監視するため、可能な場合壊れ巻線。
• キャリアコンベアベルトが損傷を受ける可能性がある同様の場所を制御します。
• 個別に製造された製品の種類（缶、瓶の変換、パッケージング）を制御します。

驚くことではないが、これらの電子機器は、センサーの精密工学、発電や他の多くの産業多様で最も一般的です。

傾斜計

比較的近年に普及してきているデバイスは、大きさが使用され、角度センサに直接比例して送信電気出力信号を提供する小型の静電容量傾斜計です。

これらのデバイスの使用の最も一般的な主要なフィールド：プラットフォームアライメントシステム、技術サポートビームの各種の撓み変形の決意、ならびに道路の正確な制御、それらの構築の段階で線路偏差。

また、使用してそのような装置は、大型トラックなどの車両、エレベータや産業ショベルのロールを決定し、特に大規模農業および産業機械用の角度変位の程度を確かめます。

非常に重要な静電容量 センサー燃料レベル 石油産業インチ これらは一つでも、トリップ十精製油製品のトン数十万人で運ぶスーパータンカーに使用されています。 これらのデバイスは、さらに凝縮の非常に豊富な形成やほこりの生産面積（同じガスセンサー）の高度に極めて有効です。

彼らは、絶対および相対圧レベルの測定値、ならびに真に強力なコンデンサが使用されているほぼ全ての産業において非常に重要である誘電体材料の厚さにおけるそれらの使用を見出します。

静電容量センサの主な利点

幾分異なる原理に形成されている同様のデバイスと比較した場合、静電容量センサは、多くの利点を有することに留意すべきです。 のは、これらのキップの主な利点を列挙してみましょう：

• 製造業では、彼らは非常に簡単です。 また、最もシンプルかつ安価な材料は、その製造に使用することができます。 石油業界の重要なオブジェクトで使用しても、容量燃料レベルセンサーは非常に控えめな大きさを持つ電気エネルギーの消費の可能な限り低いレベルを持っています。 すべてのこれらの特性によって、彼らはしばしば、より高価なデバイスのために達成不可能である感度の優れたレベルを、異なります。
• 原理的には、そのベースとして、任意の多かれ少なかれ信頼性の高い、高品質の工業用コンデンサを使用して、あなたの手で静電容量センサとすることができます。
• 彼らが持っている連絡先が高く、ほこりや湿度の条件での作業に非常に有益である、（非常に稀に集電体を使用していません）。
• 非常に長い寿命、ユニットを繰り返し、それらの低コストを「奪還」するために管理しています。 したがって、静電容量センサ（範囲で1200から1700ルーブルであるの価格は）非常に有益取得です。
• 装置の可動部を移動させるための驚くほど少しの努力を行う必要があります。
• デバイスは、産業活動に使用されている機器のほぼすべてのカテゴリと結合することは非常に簡単です。

負の側面

残念ながら、各静電容量センサは、ある程度装置のこの種の普及を複雑にいくつかの欠点を有しています。 私たちは、より詳細にそれらをリスト：

• 変換係数（すなわち、送信）が比較的低いです。
• 小さなサイズとデザインのシンプルさは、スクリーニングデバイスの品質に非常に高い要求を指名しているという事実に貢献しています。
• 良好な静電容量レベルセンサ（および他の同様の測定器）はわずか50ヘルツの標準値よりもはるかに高い周波数で有効に動作することができます。

重要なお知らせ

しかし、すべてはそれほど悪くないです。 多くのメーカーは、その構造中にマイナーな変更を加えることによって、センサの優れたシールド特性を求めます。 使用頻度としては、実際にはそれらは400ヘルツの広範な工業的価値に優れた結果を示しています。

我々はすでに、エッジ効果を無視した場合にのみ、基本的な式への忠誠心について語っています。 しかし、本当に唯一の誘電体板との距離が、自分のサイズに匹敵するものである場合には負の効果を持つことができることを知っておくと便利です。 また、負の効果は、主に、単にガードリングを使用して中和することができます。 この場合には、境界効果の影響は、使用されるプレートを超えて十分に転送することはできません。

もう一度、我々は同じ圧力センサを使用すると、見事に、安定した耐久性と低コスト構造を作成することができます驚くべきシンプルさ、を特徴としていることに注意してください。 あなたが選択した場合、誘電体使用権幾何学的寸法ができ、特に気にならないように、キャパシタ材料の製造に使用されます。

したがって、正しくセンサハウジングを製造するための金属製スタンプを拾って、それがデバイスとその不適切な測定値の静電容量の変化をもたらす可能性も強い温度変動実用上無視できます。 もちろん、これは徹底的に分離された圧力センサと、積極的な環境要因のような他の指標を実行する必要性を排除しません。 その単純さにもかかわらず、高湿度および放射線レベルの上昇は、負デバイスの信頼性に影響を与えることができます。

センサの分類

odnoemkostnyeとdvuhemkostnye：あなたは二つの大きなグループに生産さセンサーのすべてのタイプを共有することができ、その製造のための工業プロセスで使用されます。 後者の種類は、差動及びpoludifferentsialnyeに分割されています。 のは、より詳細にそれらを考えてみましょう。

Odnoemkostnyデバイス。 この場合、彼らの主な部分は極めて簡単な静電容量センサー回路は、可変容量を持つ最も一般的なコンデンサです。 残念ながら、少しでも増加湿度と温度を適応症非常に具体的なインパクトの精度に持っています。 このため、各種センサは、多くの場合、故障があります。 このようなエラーの大きさを中和するために、差別の構造を使用する必要があります。

Dvuhemkostnyセンサー。 実際には、それだけで、このような差別構造です。 容量レベルセンサは、このような方式で製造される満たすためにしばしば可能です。 これらのデバイスは、以前のモデルの主な欠点から配信が、自分の弱点を持っています。 最も重大な欠点は、このようにして、いわゆる寄生容量を抑制することができるので、デバイス自体と表面との間に二、三シールド線を使用する必要があることです。

しかし、簡単である。この場合には静電容量センサのかなり洗練された方式で 、無視する 見返りに、あなたが非常に正確かつ敏感なデバイスを取得しているため。

構築センサー特異性

（設計の観点から）多くの場合、そのようなデバイスの作成には問題があります。 あなたは、容量の可変のレベルのセンサーを作成したいとき、これは特にそうです。 しかし、経験は、問題の多くは、ほぼ完全に正確な校正や生産に使用される高性能材料解決されることを示しています。 ほとんどの場合、これらの問題は、生産dvuhemkostnyhセンサーが直面しています。

一般に、このタイプの特異性 を測定するためのデバイスのは 、それらが正確な物理的表現と意味を持つ2つの物理量（コンテナ）の無次元比として表すことができることです。 彼らは安全に呼び出すことができるように、「関係をプローブします。」 これらのデバイスの利点は、（それらの巨大なプラス！）彼らは一般的にそのデザインには本当に極端な状況や条件での信頼性を向上させ冷却いくつかの標準的な施策を持つことができないということです。

リニアエンコーダのキャラクタリゼーション

多くの場合、産業環境で制御するのに必要とされるすべての非電気値は、それは非常に多様かつ多面的です。 厳格なコントロールの対象となる措置のかなりの部分は、空間内の面の角度と直線運動であっても異なる種類を作ります。 あなたはギャップに絶対的に均一な電界を持つコンデンサを使用する場合は、電子センサー、以下のタイプのうちの2つを作るためにそれほど難しいことではありません。

• ここで、電極の面積は可変です。
• 電極間の可変ギャップを持っている人。

それは、最初のタイプにも気づいた空間で、いくつかの身体の動き可能な第2のさまざまな方法を使っている間、本当に大きな動きを固定するために最も適していることを理解することは簡単ですが、その値はわずか数ミクロンに等しいです！

角変位を測定するためのセンサ

先行接触タイプに一般的に、設計および目的によって、それらはほとんど完全に同一です。 小 - 類似性は、センサは、可変領域の電極はまた、大きな寸法のために電極自体との間の可変間隔で使用されるべきであるという事実にも現れます。 典型的には、そのようなデバイスは、キャパシタプレートの面積を変化させる可能性、多断面構成されています。

これを達成するために、第一の電極は、キャパシタ誘電体板の重なりを提供する第2の変化領域に対するその位置を変更する回転可動軸に固定されています。 当然、それは静電容量の変化を記録したとき。

調査結果

だから我々は、楽器のレベルの基本的な特性を述べた設計機能、行動の原則と可能な技術ソリューションについて、その適用分野について学びました。 あなたは、記事から容量センサの有病率を理解することができますし、彼らの非常に高い人気が、このような装置の非常に魅力的な価格とさえ困難な環境条件下で長寿命に基づいています。

このすべては、ビューの建設的な観点から、これらのすべてのメーターは、それらのアプリケーションのやや異常な方法によって特徴付けられる唯一の標準コンデンサである、という事実のおかげで可能です。 しかし、あなたは再び広く原則は仕事をキップ反映数式を見て、自分のために見つけることができます。