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
Преимущества и недостатки емкостных датчиков
Что такое датчики линейных и угловых перемещений
Что такое иклинометры
Одна из разновидностей устройств – датчики давления
Некоторые проблемные вопросы при конструировании датчиков

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:

• Линейные.
• Угловые.

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.