Заманауи индустрияны және адамның күнделікті іс-әрекетін электронды құрылғылардың барлық түрлерінсіз елестету мүмкін емес. Олар бізге барлық жағынан көмектеседі, ал кейбір технологиялық операцияларды оларсыз мүлде орындау мүмкін емес. Сондай-ақ сыйымдылық сенсорын осындай "көмекшілерге" жатқызу керек.
Бұл параметрлік түрге сәйкес жасалған түрлендіргіштердің атауы. Мұндай құрылғылармен белгілі бір көлемді өлшеу кейбір маңызды параметрлер өзгерген кезде сыйымдылықтың ауытқуына байланысты жүзеге асырылады. Қарапайым сөзбен айтқанда, конденсатордың сыйымдылығының өзгеруі кейбір сыртқы факторлардың әсерінен бағаланады.
Сыйымдылық сенсоры қалай жұмыс істейді
Міне, сыйымдылық сенсорлары. Олардың жұмыс принципі соншалықты күрделі емес, бірақ оны түсіну үшін бір нәрсені білу керек. Алдымен конденсатордың сыйымдылығын анықтау принципін еске түсірейік. Бұл әрекет келесі формула арқылы көрсетіледі:
С=εεₒS/δ.
Бұл өрнек мектептегі физика курсынан көпшілікке белгілі, бірақ жадты жаңарту және айнымалылардың әрқайсысының нені білдіретінін есте сақтау зиян тигізбейді:
- S – конденсатор пластинасының ауданы.
- Ε - конденсаторды құрастыруда қолданылатын диэлектрлік материалдың салыстырмалы өткізгіштігі.
- εₒ - физикада вакуумның өткізгіштігін осылай белгілеу әдетке айналған.
- δ - диэлектрлік пластинаның қалыңдығы немесе материалдың бірнеше қабаттары арасындағы қашықтық.
Осылайша, жоғарыдағы формуладан конденсатордың сыйымдылығын өзгерту оңай екені шығады. Қандай да бір түрде диэлектрлік материалдың пластинасының ауданына, плиталар арасындағы қашықтыққа немесе өндірісте қолданылатын материалдың өткізгіштігіне тікелей әсер ету жеткілікті. Сәйкесінше, белгілі бір мәнді таңдау тек дизайнерлер құрылғыға қойған тапсырмалар тізіміне байланысты.
Осылайша, сіз тіпті өз қолыңызбен сыйымдылық сенсорын жасай аласыз, өйткені конструктивті тұрғыдан бұл кәдімгі жалпақ немесе цилиндрлік конденсатор, оның пластиналарының бірі кеңістікте үнемі бақыланатын қозғалысты бастан кешіреді, бұл әкеледі сыйымдылықтың өзгеруіне. Есіңізде болсын, жоғарыдағы формула егер сіз шеттік әсерлерді толығымен елемейтін болсаңыз ғана дұрыс болады. Бұл туралы мақаламыздың соңғы бөлімінде толығырақ айтатын боламыз.
Осындай электронды құрылғылар объектілердің бұрыштық және сызықтық қозғалысын өлшеу, көлемін, қолданылатын жұмысын, ылғалдылығын, белсенді заттың концентрациясын және басқа сипаттамаларды есептеу үшін қарқынды түрде қолданылатынын білуіңіз керек. Сұрақтың конструктивті жағына келсек,аталған аспаптар жазық параллель, цилиндрлік жағдайларда, түйреуіш электродтармен, диэлектрлік материалдан жасалған тығыздағышпен және мүлде онсыз жасалған.
Сыйымдылық сенсорлары осылай жұмыс істейді. Олардың кейбіреулерінің жұмыс істеу принципін егжей-тегжейлі білу қажет. Бұл мақалада біз сізге пайдалы болуы мүмкін бірнеше формулаларды береміз.
Сенсорлардың кейбір түрлерінің жұмыс принципін сипаттауға арналған формулалар
Диэлектрлік пластиналар аймағындағы ықтимал өзгерісі бар деңгей сенсорын келесі теңдеу арқылы оңай сипаттауға болады:
С=εεₒаХ/δ.
«X» астында бұл жағдайда қолданылатын электродтардың қабаттасуының ұзындығы жатады. Тиісінше, «a» конденсатордың пластиналарының енін білдіреді. Айта кету керек, мұндай құрылғылар өнеркәсіптің әртүрлі салаларында өз қолданылуын тапты, онда олар бұрыштық шамаларды ең дәл өлшеу үшін қолданылады. Бұл жағдайда түрлендіргіштің сыйымдылығы келесі өрнек арқылы табылады:
С=εεₒ(r₂- r₁)/2δ(φₒ-φ).
Сезімталдықты дәл өлшеу үшін сәл басқа формуланы пайдалану керек:
K=εεₒ(r₂- r₁)/2δ.
Осы теңдеулердің бөлігі болып табылатын айнымалылар нені білдіретінін анықтайық:
- r₁ - конденсатор пластинасының ішкі радиусы;
- r₂ - бірдей пластинаның сыртқы радиусы;
- φ – қабаттасу бұрышының ағымдағы өлшенген (ағымдағы) мәні;
- φₒ - қабаттасу бұрышының бастапқы мәні.
Соңында айнымалы ауа саңылауы бар сыйымдылық өлшегіштің жұмыс істеу принципін сипаттайтын математикалық өрнекті талдап көрейік:
C=εεₒS/(δₒ-X).
δₒ бастапқы саңылауға қатысты екенін болжау қиын емес, ал X әрпі пластинаның орын ауыстыру мөлшерін білдіреді. Назар аударыңыз! Статикалық сипаттамалар таза сызықты емес болғандықтан, деңгей сенсорының бұл түрі әдетте мәні 0,1δₒ аспайтын өте аз орын ауыстыруларды өлшеу үшін қолданылады. Әрине, бұл құрылғылар дәлме-дәл инженерияда жоғары сұранысқа ие, мұнда тіпті кішігірім қате айтарлықтай күрделі мәселелерге әкелуі мүмкін.
Оларды қайда қолдануға болады?
Олардың ықтимал қолдану аймақтары өте алуан түрлі. Сонымен, барлық дерлік салаларда сіз осы құрылғылармен басқарылатын операцияларды таба аласыз. Олар әртүрлі резервуарлардың толтырылуын бақылау үшін қолданылады және олардың мазмұны сұйық, сусымалы немесе газ тәрізді болуы мүмкін (газ сенсоры).
Олардың өнеркәсіпте және адамның қарапайым өндірістік қызметінде таралуы неғұрлым жоғары болса, мұндай құрылғылардың дизайны соғұрлым сенімді және қарапайым. Бірге бұл мүмкіндіктердің жақсы болғаны сонша, оларды тіпті мұнай танкерлерінің трюмдерінің керемет агрессивті жағдайында да пайдалануға болады.
Сонымен қатар, сыйымдылық сенсорын конвейер желісінде немесе машинада шекті қосқыш ретінде пайдалануға боладыөндірістік цех. Бұл сонымен қатар әртүрлі механизмдерді дәл орналастыру үшін қажет.
Жақындық сенсорлары
Бірақ қазіргі уақытта дәл осындай принцип бойынша жасалған жақындық сенсорлары ерекше сұранысқа ие. Оларды қолдану ауқымы бұдан да кең. Бұл құрылғылардың тиындық құнына және өнеркәсіптің барлық дерлік түрлерінде жұмыс істеу мүмкіндігіне байланысты. Дегенмен, осы түрдегі құрылғылар ең көп сұранысқа ие типтік салалар бар:
- Мөлдір пластик немесе шыны ыдыстарды сұйықтықпен толтыруды бақылау.
- Ұқсас функцияны олар дайын өнім мөлдір материалдардан жасалған ыдыстарға оралған тамақ өнімдерін өндіруде (оның ішінде балалар) орындайды. Сыйымдылық отын сенсоры сияқты аспаптардың жұмысы дәл осындай принципке негізделген.
- Орама сымының үзілуі мүмкін қауіпті аймақтарды бақылау үшін.
- Таспа зақымдалуы мүмкін ұқсас жерлерді бақылау.
- Өндірілетін өнім түрін бөлшектеп бақылау (консервілерді, бөтелкелерді, бумаларды санау).
Бұл электронды құрылғылар дәлдік техникасы, энергетика және басқа да көптеген салалардағы сенсорлардың ең көп таралған түрі екені таңқаларлық емес.
Инклинометрлер
Салыстырмалы түрде соңғы жылдары ғана кең тараған аспаптар - бұл электрлік шығыс сигналын қамтамасыз ететін шағын өлшемді сыйымдылықты инклинометрлер, олардың шамасы пайдаланылатын сенсордың көлбеу бұрышына тура пропорционал.
Көбісіосы құрылғыларды қолданудың жалпы негізгі бағыттары: платформаны нивелирлеу жүйелері, тірек арқалықтардың әртүрлі түрлерінің ауытқуы мен техникалық деформациясын анықтау, сондай-ақ автомобиль және теміржол жолдарының еңістерін олардың құрылыс сатысының өзінде ең дәл бақылау.
Сонымен қатар, мұндай құрылғылардың көмегімен олар ауыр көліктер мен басқа көліктердің, элеваторлар мен өнеркәсіптік экскаваторлардың орамдарын анықтайды, сонымен қатар аса үлкен ауыл шаруашылығы және өнеркәсіптік машиналарға қатысты бұрыштық ығысу дәрежесін анықтайды. өлшем.
Сыйымдылықтағы жанармай деңгейінің сенсорлары мұнай өнеркәсібінде өте маңызды. Олар тіпті бір сапарда ондаған және жүздеген мың тонна өңделген мұнай өнімдерін тасымалдайтын супертанкерлерде де қолданылады. Бұл құрылғылар тіпті конденсаттың өте көп түзілуі және өндіріс бөлмесіндегі шаңның жоғары дәрежесі жағдайында (сол газ сенсоры) өте тиімді.
Олар сонымен қатар абсолютті және салыстырмалы қысым деңгейлерінің шамасын, сондай-ақ диэлектрлік материалдың қалыңдығын өлшеуде қолданылады, бұл шын мәнінде қуатты конденсаторлар қолданылатын барлық дерлік салаларда өте маңызды.
Сыйымдылық сенсорларының негізгі артықшылықтары
Сыйымдылық сенсорының сәл басқаша принциптер бойынша жасалған ұқсас құрылғылармен салыстырғанда көптеген артықшылықтары бар екенін атап өткен жөн. Осы KPI көрсеткіштерінің негізгі артықшылықтарын атап өтейік:
- Өндірісте оларөте қарапайым. Сонымен қатар, олардың өндірісінде ең қарапайым және арзан материалдарды қолдануға болады. Тіпті мұнай өнеркәсібінің маңызды нысандарында қолданылатын сыйымдылық отын деңгейінің датчигі өте қарапайым өлшемдерге ие және электр энергиясын тұтынудың ең төмен деңгейіне ие. Барлық осы сипаттамалармен олар сезімталдықтың тамаша деңгейімен ерекшеленеді, бұл қымбатырақ құрылғылар үшін жиі қолжетімсіз.
- Негізінде сіз өз қолыңызбен сыйымдылық сенсорын жасай аласыз, оның негізі ретінде кез келген азды-көпті сенімді және жоғары сапалы өнеркәсіптік конденсаторды пайдалана аласыз.
- Олардың контактілері жоқ (бір ток коллекторы өте сирек пайдаланылады), бұл бөлмедегі шаң мен ылғалдылық жоғары жағдайда жұмыс істеу үшін өте тиімді.
- Қызмет мерзімі өте ұзақ, құрылғы өзінің төмен құнын бірнеше рет «қайта алып» алады. Тиісінше, сыйымдылық сенсоры (бағасы 1200-1700 рубль аралығында) өте тиімді сатып алу болып табылады.
- Құралдың қозғалатын бөлігін жылжыту үшін таңқаларлық аз күш қажет.
- Құрылғыны өнеркәсіптік қызметте ғана қолданылатын жабдықтардың барлық дерлік санаттарымен біріктіру өте оңай.
Теріс ұпайлар
Өкінішке орай, әрбір сыйымдылық сенсорының белгілі бір кемшіліктері бар, олар қандай да бір жолмен жабдықтың бұл түрін барлық жерде пайдалануды қиындатады. Оларды толығырақ тізіп көрейік:
- Түрлендіру (яғни, беру) қатынасы салыстырмалытөмен.
- Шағын өлшем және дизайнның қарапайымдылығы экрандаушы құрылғылардың сапасына айтарлықтай жоғары талаптар қоюға ықпал етеді.
- Жақсы сыйымдылық деңгейі сенсоры (және басқа да ұқсас өлшеу құрылғылары) 50 Гц стандартты мәнінен әлдеқайда жоғары жиілікте ғана тиімді жұмыс істей алады.
Маңызды ескертпелер
Бірақ бәрі жаман емес. Көптеген өндірушілер дизайндағы минималды өзгерістермен сенсорлық қорғаныстың тамаша өнімділігіне қол жеткізеді. Қолдану жиілігіне келетін болсақ, олар іс жүзінде өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын 400 Гц мәнінде тамаша нәтижелер көрсетеді.
Біз негізгі формуланың дұрыстығы туралы тек шеткі әсер еленбеген жағдайда ғана айттық. Бірақ сонымен бірге, егер диэлектрлік плиталар арасындағы қашықтық олардың өлшемдерімен салыстырылатын болса ғана, оның шын мәнінде теріс әсер етуі мүмкін екенін білу пайдалы. Сонымен қатар, теріс әсерді негізінен қорғаныс сақинасын пайдалану арқылы теңестіруге болады. Бұл жағдайда әсер әсерінің шекаралары қолданылатын қабаттасудың шегінен әлдеқайда жоғары жылжытылуы мүмкін.
Тағы да бірдей қысым сенсорлары таңқаларлық тұрақты, ұзақ және арзан дизайн жасауға мүмкіндік беретін керемет қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Пайдаланылатын диэлектриктің дұрыс геометриялық өлшемдерін таңдасаңыз, мұндай конденсаторды өндіруде қолданылатын материалдар туралы көп уайымдаудың қажеті жоқ.
Осылайша, сенсор корпусын жасау үшін дұрыс металл сыныбын таңдай отырып, құрылғының сыйымдылығының өзгеруіне және оның көрсеткіштерінің сәйкессіздігіне әкелуі мүмкін температураның күшті ауытқуларын іс жүзінде елемеуге болады. Әрине, бұл қысым датчиктерін және басқа ұқсас көрсеткіштерді агрессивті қоршаған орта факторларынан мүмкіндігінше мұқият оқшаулау қажеттілігін мүлдем жоққа шығармайды. Қарапайымдығына қарамастан, жоғары ылғалдылық пен жоғары радиация деңгейі құрылғының сенімділігіне өте жағымсыз әсер етуі мүмкін.
Сенсорлардың классификациясы
Өнеркәсіпте қолданылатын оларды өндіру әдістері датчиктердің барлық шығарылатын түрлерін екі үлкен топқа бөлуге мүмкіндік береді: бір сыйымдылықты және екі сыйымдылықты. Соңғы сорт дифференциалды және жартылай дифференциалды болып екіге бөлінеді. Оларды толығырақ қарастырайық.
Бір сыйымды құрылғы. Бұл жағдайда сыйымдылық сенсорының схемалары өте қарапайым, өйткені олардың негізгі бөлігі ең көп таралған айнымалы конденсатор болып табылады. Өкінішке орай, тіпті шамалы көтерілген ылғалдылық пен температура көрсеткіштердің дәлдігіне айтарлықтай әсер етеді. Осыған байланысты сенсордың әртүрлі ақаулары жиі орын алады. Мұндай қателердің көлемін теңестіру үшін сараланған құрылымдарды пайдалану қажет.
Қос сыйымдылық сенсоры. Шын мәнінде, ол соншалықты сараланған құрылым. Көбінесе сіз дәл осы схемаға сәйкес жасалған сыйымдылық деңгейінің сенсорын таба аласыз. Бұл құрылғылар алдыңғы модельдің негізгі кемшіліктерінен құтылған, бірақ өздерінің әлсіз жақтары бар.жақтары. Олардың ең маңызды кемшілігі - құрылғының өзі мен беті арасында екі немесе үш экрандалған сымды пайдалану қажеттілігі, өйткені бұл паразиттік сыйымдылық деп аталатындарды басудың жалғыз жолы.
Алайда бұл жағдайда өте күрделі сыйымдылық сенсорының тізбектерін елемеу оңай, өйткені оның орнына сіз өте дәл және сезімтал құрылғы аласыз.
Сенсорлардың ерекше дизайны
Көп жағдайда (дизайн тұрғысынан) мұндай құрылғыларды жасау өте қиын. Бұл, әсіресе сыйымдылық деңгейі айнымалы сенсорды жасау қажет болғанда дұрыс. Дегенмен, тәжірибе көрсеткендей, көптеген мәселелер өндірісте қолданылатын материалдарды дәл калибрлеу және жоғары өнімділік арқылы толығымен дерлік шешіледі. Қос сыйымдылықты сенсорларды өндірушілер жиі осындай қиындықтарға тап болады.
Жалпы алғанда, өлшеу құралдарының бұл түрінің ерекшелігі олардың нақты физикалық көрінісі мен мәні бар екі физикалық шаманың (сыйымдылықтың) өлшемсіз қатынасы ретінде ұсынылуы мүмкін екендігінде. Сондықтан оларды қауіпсіз түрде «байланыс сенсорлары» деп атауға болады. Бұл құрылғылардың артықшылығы (үлкен плюс!) Олардың дизайнында ешқандай анықтамалық өлшемдер болмауы мүмкін, бұл шын мәнінде төтенше жағдайлар мен жағдайларда олардың сенімділігін айтарлықтай арттырады.
Сызықтық орын ауыстыру сенсорларының сипаттамалары
Барлық электрлік емес шамаларжиі өндірістік жағдайларда бақылауды талап етеді, өте алуан түрлі және көп қырлы. Қатаң бақылауға жататын шаралардың маңызды бөлігі кеңістіктегі әртүрлі беттердің бұрыштық және біркелкі сызықтық орын ауыстырулары болып табылады. Егер сіз жұмыс саңылауында біркелкі электр өрісі бар конденсаторды қолдансаңыз, келесі екі түрдегі электронды сенсорларды жасау қиын емес:
- Қай электрод аймағы айнымалы болады.
- Осы электродтар арасында айнымалы саңылаулары барлар.
Бірінші түрі шын мәнінде үлкен қозғалыстарды бекіту үшін ең қолайлы екенін түсіну оңай, ал екінші түрін пайдаланған кезде дененің ғарышта мұндай қозғалыстарын байқауға болады, оның көлемі бірнеше микронды ғана құрайды. !
Бұрыштық орын ауыстыруларды анықтауға арналған сенсорлар
Жалпы, дизайны мен мақсаты бойынша олар біз қарастырған түрге дерлік сәйкес келеді. Ұқсастық сонымен қатар электродтардың айнымалы ауданы бар датчиктерді үлкен өлшемдер үшін, ал электродтардың арасындағы айнымалы қашықтықпен - кішігірім өлшемдер үшін пайдалану керек екендігінде де көрінеді. Әдетте, мұндай құрылғылар конденсатор пластиналарының ауданын өзгерту мүмкіндігімен көп секциялы жасалған.
Оған қол жеткізу үшін бірінші электрод жылжымалы білікке бекітіледі, оның айналуы кезінде ол екіншіге қатысты орнын өзгертеді, бұл диэлектрлік пластиналардың қабаттасу аймағының өзгеруін қамтамасыз етеді. конденсатор. Әрине, бұл жағдайда сыйымдылықтың өзгеруі бекітіледі.
Қорытынды
Осылайша біз осы деңгейдегі құрылғылардың негізгі сипаттамаларын қарастырдық, олардың қолдану салаларын, дизайн ерекшеліктерін, жұмыс принциптерін және мүмкін болатын техникалық шешімдерді білдік. Мақалада түсінгеніңіздей, сыйымдылық сенсорларының таралуы және олардың өте жоғары танымалдылығы мұндай құрылғылардың өте тартымды бағасына және қиын экологиялық жағдайларда да ұзақ қызмет ету мерзіміне негізделген.
Мұның бәрі, конструктивті тұрғыдан алғанда, бұл есептегіштердің барлығы жай ғана стандартты конденсаторлар болғандықтан, оларды пайдаланудың біршама ерекше тәсілімен сипатталады. Дегенмен, жалпы алғанда аспаптың жұмыс істеу принциптерін көрсететін математикалық формулаларды қайта қарау арқылы өзіңіз білуге болады.
