कॅपेसिटिव्ह सेन्सर्स

कॅपेसिटिव्ह सेन्सरला पॅरामेट्रिक प्रकार ट्रान्सड्यूसर म्हणतात जेथे मोजलेल्या मूल्यातील बदल कॅपेसिटन्समधील बदलामध्ये रूपांतरित केला जातो.

कॅपेसिटिव्ह सेन्सर ऍप्लिकेशन्स

कॅपेसिटिव्ह सेन्सरसाठी संभाव्य अनुप्रयोग अत्यंत वैविध्यपूर्ण आहेत. ते जवळजवळ सर्व उद्योगांमध्ये औद्योगिक प्रक्रिया नियमन आणि नियंत्रण प्रणालींमध्ये वापरले जातात. कॅपेसिटिव्ह सेन्सरचा वापर द्रव, पावडर किंवा दाणेदार पदार्थांसह टाक्या भरणे नियंत्रित करण्यासाठी केला जातो, जसे की स्वयंचलित लाईनवरील मर्यादा स्विच, कन्व्हेयर्स, रोबोट्स, मशीनिंग सेंटर्स, मेटल कटिंग मशीन्स, सिग्नल सिस्टममध्ये, विविध यंत्रणा ठेवण्यासाठी इ.

सध्या, सर्वात व्यापक प्रॉक्सिमिटी (उपस्थिती) सेन्सर आहेत, ज्यात त्यांच्या विश्वासार्हतेव्यतिरिक्त, अनेक फायदे देखील आहेत. तुलनेने कमी किमतीसह, प्रॉक्सिमिटी सेन्सर सर्व उद्योगांमध्ये त्यांच्या अनुप्रयोगामध्ये दिशात्मकतेची विस्तृत श्रेणी व्यापतात. या प्रकारच्या कॅपेसिटिव्ह सेन्सर्ससाठी वापरण्याचे विशिष्ट क्षेत्र आहेत:

• प्लास्टिक किंवा काचेचे कंटेनर भरण्यासाठी सिग्नलिंग;

• पारदर्शक पॅकेजेस भरण्याच्या पातळीचे नियंत्रण;

• कॉइल तुटण्याचा अलार्म;

• बेल्ट तणाव समायोजन;

• कोणत्याही प्रकारचे आंशिक खाते इ.

कॅपेसिटिव्ह रेखीय आणि कोन एन्कोडर ही सर्वात सामान्य उपकरणे आहेत, जी अभियांत्रिकी आणि वाहतूक, बांधकाम आणि ऊर्जा, विविध मोजमाप संकुलांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात.

अलिकडच्या वर्षांत व्यापक औद्योगिक वापरात आलेली नवीन उपकरणे सेन्सरच्या झुकाव कोनाच्या प्रमाणात इलेक्ट्रिकल आउटपुट सिग्नलसह लहान आकाराची कॅपेसिटिव्ह इनक्लिनोमीटर बनली आहेत…. इनक्लिनोमीटर्सच्या वापरासाठी खालील क्षेत्रे मुख्य मानली जाऊ शकतात: प्लॅटफॉर्म लेव्हलिंग सिस्टममध्ये वापरणे, विविध प्रकारचे समर्थन आणि बीमचे विचलन आणि विकृती निश्चित करणे, त्यांचे बांधकाम, दुरुस्ती आणि ऑपरेशन दरम्यान रस्ते आणि रेल्वेच्या झुकाव कोनांचे नियंत्रण, कार, ​​जहाजे आणि पाण्याखालील रोबोट्स, हॉइस्ट आणि क्रेन, उत्खनन, कृषी यंत्रे, विविध प्रकारच्या फिरत्या वस्तूंचे कोनीय विस्थापन निश्चित करणे - शाफ्ट, चाके, स्थिर आणि फिरत्या दोन्ही वस्तूंवर गियरबॉक्स यंत्रणा निर्धारित करणे.

कॅपेसिटिव्ह लेव्हल सेन्सर्सचा वापर नियंत्रण प्रणाली, अन्न, औषध, रसायन, तेल शुद्धीकरण उद्योगांमध्ये उत्पादन प्रक्रियांचे नियमन आणि व्यवस्थापन यासाठी केला जातो. ते द्रवपदार्थ, मोठ्या प्रमाणात सामग्री, निलंबन, चिकट पदार्थ (वाहक आणि गैर-वाहक) तसेच संक्षेपण, धुळीच्या परिस्थितीत कार्य करताना प्रभावी असतात.

निरपेक्ष आणि गेज दाब, डायलेक्ट्रिक सामग्रीची जाडी, हवेतील आर्द्रता, ताण, कोनीय आणि रेखीय प्रवेग इत्यादी मोजण्यासाठी विविध उद्योगांमध्ये कॅपेसिटिव्ह सेन्सर देखील वापरले जातात.

इतर प्रकारच्या सेन्सर्सपेक्षा कॅपेसिटिव्ह सेन्सर्सचे फायदे

कॅपेसिटिव्ह सेन्सर इतर सेन्सर प्रकारांपेक्षा अनेक फायदे देतात. त्यांच्या फायद्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• उत्पादन सुलभता, उत्पादनासाठी स्वस्त सामग्रीचा वापर; - लहान आकार आणि वजन; - कमी ऊर्जा वापर; - उच्च संवेदनशीलता;

• संपर्कांची कमतरता (काही प्रकरणांमध्ये - एक वर्तमान कलेक्टर);

• दीर्घ सेवा जीवन;

• कॅपेसिटिव्ह सेन्सरचा हलणारा भाग हलविण्यासाठी खूप लहान शक्तींची आवश्यकता;

• सेन्सरचा आकार भिन्न कार्ये आणि डिझाइनमध्ये जुळवून घेण्यात सुलभता;

कॅपेसिटिव्ह सेन्सर्सचे तोटे

कॅपेसिटिव्ह सेन्सरच्या तोट्यांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• तुलनेने लहान हस्तांतरण (रूपांतरण) गुणांक;

• शिल्डिंग भागांसाठी उच्च आवश्यकता;

• उच्च (50 हर्ट्झच्या तुलनेत) वारंवारतेवर काम करण्याची आवश्यकता;

तथापि, बहुतेक प्रकरणांमध्ये, सेन्सर डिझाइनमुळे पुरेशी संरक्षकता प्राप्त केली जाऊ शकते आणि सराव दर्शवितो की कॅपेसिटिव्ह सेन्सर 400 Hz च्या मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणार्‍या वारंवारतेवर चांगले परिणाम देतात. उपजत कॅपेसिटर जेव्हा प्लेट्समधील अंतर विचाराधीन पृष्ठभागांच्या रेषीय परिमाणांशी तुलना करता येते तेव्हाच काठाचा प्रभाव लक्षणीय बनतो. हा प्रभाव काही प्रमाणात संरक्षक रिंगच्या सहाय्याने काढून टाकला जाऊ शकतो, ज्यामुळे त्याचा प्रभाव प्रत्यक्षात मोजण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या प्लेट्सच्या पृष्ठभागाच्या मर्यादेपलीकडे हलवणे शक्य होते.

कॅपेसिटिव्ह सेन्सर त्यांच्या साधेपणासाठी उल्लेखनीय आहेत, जे मजबूत आणि विश्वासार्ह डिझाइनसाठी परवानगी देतात. कॅपेसिटरचे पॅरामीटर्स केवळ भौमितिक वैशिष्ट्यांवर अवलंबून असतात आणि वापरलेल्या सामग्रीच्या गुणधर्मांवर अवलंबून नसतात, जर ही सामग्री योग्यरित्या निवडली असेल. त्यामुळे, प्लेट्ससाठी धातूचा योग्य दर्जा आणि त्यांच्या जोडणीसाठी इन्सुलेशन निवडून पृष्ठभागावरील बदल आणि प्लेटमधील अंतरावरील तापमानाचा परिणाम नगण्यपणे कमी होऊ शकतो. हे फक्त सेन्सरला त्या पर्यावरणीय घटकांपासून संरक्षण करण्यासाठी राहते जे प्लेट्समधील इन्सुलेशन खराब करू शकतात - धूळ, गंज, आर्द्रता, आयनीकरण रेडिएशनपासून.

कॅपॅसिटिव्ह सेन्सर्सचे मौल्यवान गुण - त्याचा जंगम भाग हलविण्यासाठी आवश्यक असलेली कमी प्रमाणात यांत्रिक शक्ती, ट्रॅकिंग सिस्टमचे आउटपुट समायोजित करण्याची क्षमता आणि ऑपरेशनची उच्च अचूकता - अशा उपकरणांमध्ये कॅपेसिटिव्ह सेन्सर अपरिहार्य बनवतात जेथे फक्त शंभर आणि अगदी त्रुटी असतात. हजार टक्के परवानगी आहे.

कॅपेसिटिव्ह कन्व्हर्टरचे प्रकार आणि त्यांची डिझाइन वैशिष्ट्ये

सामान्यतः, कॅपेसिटिव्ह सेन्सर एक सपाट किंवा दंडगोलाकार कॅपेसिटर असतो, ज्यापैकी एक प्लेट नियंत्रित हालचाल करते, ज्यामुळे कॅपेसिटन्समध्ये बदल होतो. अंतिम प्रभावांकडे दुर्लक्ष करून, फ्लॅट कॅपेसिटरची क्षमता खालीलप्रमाणे व्यक्त केली जाऊ शकते:

जेथे ε प्लेट्स, C आणि e यांच्यामध्ये बंद असलेल्या माध्यमाचा सापेक्ष डायलेक्ट्रिक स्थिरांक — विचारात घेतलेल्या प्लेट्सचे क्षेत्रफळ आणि त्यानुसार, त्यांच्यामधील अंतर.

खालील पॅरामीटर्ससह मोजलेल्या नॉन-इलेक्ट्रिकल प्रमाणाच्या कार्यात्मक संबंधावर अवलंबून, कॅपेसिटिव्ह ट्रान्सड्यूसरचा वापर तीन दिशांमध्ये विविध प्रमाण मोजण्यासाठी केला जाऊ शकतो:

• मध्यम ε चे व्हेरिएबल डायलेक्ट्रिक स्थिरांक;

• प्लेट्स सी चे आच्छादित क्षेत्र;

• प्लेट्समधील भिन्न अंतर e.

पहिल्या प्रकरणात, कॅपेसिटिव्ह ट्रान्सड्यूसरचा वापर पदार्थाच्या रचनेचे विश्लेषण करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, कारण डायलेक्ट्रिक स्थिरांक हे पदार्थाच्या गुणधर्मांचे कार्य आहे. या प्रकरणात, कन्व्हर्टरचे नैसर्गिक इनपुट मूल्य प्लेट्समधील जागा भरणाऱ्या पदार्थाची रचना असेल. या प्रकारचे कॅपेसिटिव्ह ट्रान्सड्यूसर विशेषतः घन पदार्थ आणि द्रवपदार्थांचे आर्द्रता, द्रव पातळी मोजण्यासाठी तसेच लहान वस्तूंचे भौमितिक परिमाण निश्चित करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. कॅपेसिटिव्ह ट्रान्सड्यूसरच्या व्यावहारिक वापराच्या बहुतेक प्रकरणांमध्ये, त्यांचे नैसर्गिक इनपुट मूल्य एकमेकांच्या सापेक्ष इलेक्ट्रोडचे भौमितिक विस्थापन असते. या तत्त्वावर आधारित, रेखीय आणि कोनीय विस्थापन सेन्सर्स, शक्ती मोजण्यासाठी उपकरणे, कंपन, वेग आणि प्रवेग, सेन्सर. समीपता, दाब आणि ताण सेन्सर (एक्सटेन्सोमीटर).

कॅपेसिटिव्ह सेन्सरचे वर्गीकरण

अंमलबजावणीच्या दृष्टीने, सर्व कॅपेसिटिव्ह मोजण्याचे ट्रान्सड्यूसर सिंगल-कॅपेसिटिव्ह आणि डबल-कॅपेसिटिव्ह सेन्सरमध्ये विभागले जाऊ शकतात. नंतरचे भिन्न आणि अर्ध-भिन्न आहेत.

सिंगल कॅपेसिटन्स सेन्सर डिझाइनमध्ये सोपे आहे आणि एकल व्हेरिएबल कॅपेसिटर आहे. त्याच्या तोट्यांमध्ये आर्द्रता आणि तापमान यासारख्या बाह्य घटकांचा महत्त्वपूर्ण प्रभाव समाविष्ट आहे.या त्रुटींची पूर्तता करण्यासाठी, विभेदक डिझाइन्स लागू करा... सिंगल-कॅपॅसिटन्सच्या तुलनेत अशा सेन्सर्सचा तोटा म्हणजे सेन्सर आणि मोजमाप यंत्र यांच्यामध्ये कमीत कमी तीन (दोन ऐवजी) शील्ड कनेक्टिंग वायर्सची आवश्यकता असते. परजीवी कॅपेसिटन्स म्हणतात. तथापि, ही कमतरता अचूकता, स्थिरता आणि अशा उपकरणांच्या अनुप्रयोगाच्या क्षेत्राच्या विस्तारामध्ये लक्षणीय वाढीसह भरली जाते.

काही प्रकरणांमध्ये, डिझाईन कारणांमुळे डिफरेंशियल कॅपेसिटिव्ह सेन्सर तयार करणे कठीण आहे (हे विशेषतः व्हेरिएबल-गॅप डिफरेंशियल सेन्सरसाठी खरे आहे). तथापि, जर त्याच वेळी एक अनुकरणीय कॅपेसिटर कार्यरत असलेल्या एकाच घरामध्ये ठेवला असेल आणि ते डिझाइन, परिमाणे आणि वापरलेल्या सामग्रीमध्ये शक्य तितके एकसारखे असतील, तर संपूर्ण उपकरणाची बाह्य अस्थिर प्रभावांसाठी खूपच कमी संवेदनशीलता असेल. खात्री केली. अशा प्रकरणांमध्ये, आपण अर्ध-विभेदक कॅपेसिटिव्ह सेन्सरबद्दल बोलू शकतो, जो भिन्नतेप्रमाणेच द्वि-कॅपेसिटिव्ह सेन्सरचा संदर्भ देतो.

द्वि-आवाज सेन्सरच्या आउटपुट पॅरामीटरची विशिष्टता, जी द्वि-आयामी भौतिक प्रमाणांचे (आमच्या बाबतीत, कॅपेसिटन्स) परिमाणहीन गुणोत्तर म्हणून दर्शविली जाते, त्यांना गुणोत्तर सेन्सर म्हणण्याचे कारण देते. ड्युअल कॅपॅसिटन्स सेन्सर वापरताना, मापन यंत्रामध्ये कोणतेही मानक कॅपॅसिटन्स उपाय असू शकत नाहीत, जे मापन अचूकता वाढविण्यात योगदान देतात.

रेखीय विस्थापन एन्कोडर्स

नॉन-इलेक्ट्रिकल परिमाण मोजले आणि नियंत्रित केले जातील ते अनेक आणि विविध आहेत. त्यापैकी एक महत्त्वपूर्ण भाग रेखीय आणि कोनीय विस्थापन आहेत. त्या कॅपेसिटरवर आधारित विद्युत क्षेत्र दोन मुख्य प्रकारचे कॅपेसिटिव्ह डिस्प्लेसमेंट सेन्सर वर्किंग गॅपमध्ये समान रीतीने तयार केले जाऊ शकतात:

• व्हेरिएबल इलेक्ट्रोड क्षेत्रासह;

• इलेक्ट्रोड्समधील परिवर्तनीय अंतरासह.

हे अगदी स्पष्ट आहे की पूर्वीचे मोठे विस्थापन (युनिट्स, दहापट आणि शेकडो मिलीमीटर) मोजण्यासाठी आणि नंतरचे लहान आणि अति-लहान विस्थापन (मिलीमीटरचे भाग, मायक्रोमीटर आणि कमी) मोजण्यासाठी अधिक सोयीस्कर आहेत.

कोनीय एन्कोडर्स

कोनीय-विस्थापन कॅपॅसिटिव्ह ट्रान्सड्यूसर तत्त्वतः रेखीय-विस्थापन कॅपेसिटिव्ह ट्रान्सड्यूसरसारखेच असतात आणि व्हेरिएबल-एरिया सेन्सर देखील फार कमी मापन श्रेणी (डिग्रीच्या युनिट्सपासून सुरू होणारे) आणि व्हेरिएबल-अँगल-गॅप कॅपेसिटिव्ह सेन्सर्सच्या बाबतीत अधिक योग्य असतात. लहान आणि अति-लहान कोनीय विस्थापन मोजण्यासाठी यशस्वीरित्या वापरले जाऊ शकते. सामान्यतः, व्हेरिएबल कॅपेसिटर प्लेट क्षेत्रासह मल्टी-सेक्शन ट्रान्सड्यूसर कोनीय विस्थापनांसाठी वापरले जातात.

अशा सेन्सर्समध्ये, कॅपेसिटर इलेक्ट्रोडपैकी एक ऑब्जेक्टच्या शाफ्टला जोडलेला असतो आणि रोटेशन दरम्यान ते स्थिर इलेक्ट्रोडच्या तुलनेत विस्थापित होते, कॅपेसिटर प्लेट्सच्या ओव्हरलॅपचे क्षेत्र बदलते. यामुळे, मापन सर्किटद्वारे कॅपॅसिटन्समध्ये बदल होतो.

इनक्लिनोमीटर

इनक्लिनोमीटर (टिल्ट सेन्सर) एक विभेदक कॅपेसिटिव्ह टिल्ट ट्रान्सड्यूसर आहे ज्यामध्ये कॅप्सूल-आकाराचे संवेदन घटक समाविष्ट आहेत.

कॅपेसिटिव्ह इनक्लिनोमीटर

कॅप्सूलमध्ये दोन सपाट इलेक्ट्रोड 1 असलेले सब्सट्रेट असते, ज्यामध्ये इन्सुलेटिंग लेयर असते आणि बॉडी 2, हर्मेटिकली सब्सट्रेटवर स्थिर असते. शरीराची अंतर्गत पोकळी अंशतः प्रवाहकीय द्रव 3 ने भरलेली असते, जे सामान्य इलेक्ट्रोड असते. एक संवेदनशील घटक.सामान्य इलेक्ट्रोड फ्लॅट इलेक्ट्रोड्ससह एक विभेदक कॅपेसिटर बनवतो. सेन्सरचे आउटपुट सिग्नल डिफरेंशियल कॅपेसिटरच्या कॅपेसिटन्सच्या मूल्याच्या प्रमाणात असते, जे उभ्या विमानातील घरांच्या स्थितीवर रेखीयपणे अवलंबून असते.

इनक्लिनोमीटर एका तथाकथित कार्यरत विमानात कलतेच्या कोनावर आऊटपुट सिग्नलचे रेषीय अवलंबन ठेवण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे आणि व्यावहारिकरित्या दुसर्‍या (नॉन-वर्किंग) प्लेनमधील रीडिंग बदलत नाही, तर त्याचा सिग्नल तापमानावर कमकुवतपणे अवलंबून असतो. बदल अंतराळातील विमानाची स्थिती निश्चित करण्यासाठी, दोन इनक्लिनोमीटर वापरले जातात, एकमेकांना 90 ° च्या कोनात स्थित आहेत.

सेन्सरच्या झुकण्याच्या कोनाच्या प्रमाणात इलेक्ट्रिकल आउटपुट सिग्नल असलेले लहान आकाराचे इनक्लिनोमीटर हे तुलनेने नवीन उपकरण आहेत. त्यांची उच्च अचूकता, सूक्ष्म आकार, जंगम यांत्रिक युनिट्सचा अभाव, साइटवर इंस्टॉलेशनची सुलभता आणि कमी किमतीमुळे त्यांचा वापर केवळ रोल सेन्सर म्हणूनच नव्हे तर त्यांच्यासह अँगल सेन्सर बदलण्याचा सल्ला दिला जातो, केवळ स्थिरच नाही तर हलणारे देखील. वस्तू.

कॅपेसिटिव्ह लिक्विड लेव्हल सेन्सर्स

नॉन-कंडक्टिव्ह लिक्विडची पातळी मोजण्यासाठी कॅपेसिटिव्ह ट्रान्समीटरमध्ये समांतर जोडलेले दोन कॅपेसिटर असतात.

प्रेशर सेन्सर्स

कॅपेसिटिव्ह प्रेशर ट्रान्सड्यूसरच्या मूलभूत डिझाईन्सपैकी एक सिंगल स्टेटर आहे, ज्याचा वापर पूर्ण दाब मोजण्यासाठी केला जातो (इलेक्ट्रिकल प्रेशर सेन्सर्स).

अशा सेन्सरमध्ये घट्ट ताणलेल्या सपाट धातूच्या डायाफ्रामद्वारे दोन भागांमध्ये विभागलेला धातूचा सेल असतो, ज्याच्या एका बाजूला शरीरापासून एक निश्चित इलेक्ट्रोड असतो.डायाफ्राम इलेक्ट्रोड एक व्हेरिएबल कॅपेसिटन्स बनवते, जे मापन सर्किटमध्ये समाविष्ट आहे. जेव्हा डायाफ्रामच्या दोन्ही बाजूंवर दाब समान असतो, तेव्हा ट्रान्सड्यूसर संतुलित असतो. एका चेंबरमध्ये दबाव बदलल्याने डायाफ्राम विकृत होतो आणि कॅपेसिटन्स बदलतो, जो मापन सर्किटद्वारे निश्चित केला जातो.

दोन-स्टेशन (विभेदक) डिझाइनमध्ये, डायाफ्राम दोन स्थिर प्लेट्समध्ये फिरतो आणि दोन चेंबर्सपैकी एकास संदर्भ दाब पुरवला जातो, जो सर्वात लहान त्रुटीसह भिन्नता (अतिरिक्त किंवा भिन्न) दाबांचे थेट मापन प्रदान करतो.