कैपेसिटिव सेंसर

एक कैपेसिटिव सेंसर को पैरामीट्रिक प्रकार का ट्रांसड्यूसर कहा जाता है जहां मापा मान में परिवर्तन को समाई में परिवर्तन में परिवर्तित किया जाता है।

कैपेसिटिव सेंसर एप्लीकेशन

कैपेसिटिव सेंसर के संभावित अनुप्रयोग बेहद विविध हैं। उनका उपयोग लगभग सभी उद्योगों में औद्योगिक प्रक्रिया विनियमन और नियंत्रण प्रणालियों में किया जाता है। कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग तरल, पाउडर या दानेदार पदार्थों के साथ टैंक भरने को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, जैसे कि स्वचालित लाइनों, कन्वेयर, रोबोट, मशीनिंग केंद्र, धातु काटने की मशीन, सिग्नल सिस्टम में, विभिन्न तंत्रों की स्थिति आदि के लिए सीमा स्विच।

वर्तमान में, सबसे व्यापक निकटता (उपस्थिति) सेंसर हैं, जो कि उनकी विश्वसनीयता के अलावा, फायदे की एक विस्तृत श्रृंखला भी है। अपेक्षाकृत कम लागत के साथ, प्रॉक्सिमिटी सेंसर सभी उद्योगों में उनके अनुप्रयोग में दिशात्मकता की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर करते हैं। इस प्रकार के कैपेसिटिव सेंसर के उपयोग के विशिष्ट क्षेत्र हैं:

• प्लास्टिक या कांच के कंटेनर भरने के लिए सिग्नलिंग;

• पारदर्शी पैकेजों के भरने के स्तर का नियंत्रण;

• कुंडल टूटना अलार्म;

• बेल्ट तनाव समायोजन;

• किसी भी प्रकार का आंशिक खाता, आदि।

कैपेसिटिव लीनियर और एंगल एनकोडर सबसे आम उपकरण हैं, जिनका व्यापक रूप से विभिन्न माप परिसरों में इंजीनियरिंग और परिवहन, निर्माण और ऊर्जा में उपयोग किया जाता है।

अपेक्षाकृत नए उपकरण जो हाल के वर्षों में व्यापक औद्योगिक उपयोग में आए हैं, सेंसर के झुकाव के कोण के आनुपातिक विद्युत आउटपुट सिग्नल के साथ छोटे आकार के कैपेसिटिव इनक्लिनोमीटर बन गए हैं। इनक्लिनोमीटर के आवेदन के निम्नलिखित क्षेत्रों को मुख्य माना जा सकता है: प्लेटफ़ॉर्म लेवलिंग सिस्टम में उपयोग, विभिन्न प्रकार के समर्थन और बीम के विचलन और विकृति का निर्धारण, उनके निर्माण, मरम्मत और संचालन के दौरान सड़कों और रेलवे के झुकाव कोणों का नियंत्रण, कारों, जहाजों और पानी के नीचे के रोबोट, उत्खनन और क्रेन, उत्खनन, कृषि मशीनरी के रोल का निर्धारण, विभिन्न प्रकार की घूर्णन वस्तुओं के कोणीय विस्थापन का निर्धारण - स्थिर और चलती वस्तुओं दोनों पर शाफ्ट, पहिए, गियरबॉक्स तंत्र।

कैपेसिटिव लेवल सेंसर का उपयोग खाद्य, दवा, रसायन, तेल शोधन उद्योगों में नियंत्रण प्रणाली, विनियमन और उत्पादन प्रक्रियाओं के प्रबंधन में किया जाता है। वे तरल पदार्थ, थोक सामग्री, निलंबन, चिपचिपा पदार्थ (प्रवाहकीय और गैर-प्रवाहकीय) के साथ-साथ संक्षेपण, धूल की स्थिति में काम करते समय प्रभावी होते हैं।

कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग विभिन्न उद्योगों में पूर्ण और गेज दबाव, ढांकता हुआ सामग्री की मोटाई, वायु आर्द्रता, तनाव, कोणीय और रैखिक त्वरण आदि को मापने के लिए भी किया जाता है।

अन्य प्रकार के सेंसर पर कैपेसिटिव सेंसर के फायदे

कैपेसिटिव सेंसर अन्य प्रकार के सेंसर की तुलना में कई फायदे प्रदान करते हैं। उनके फायदों में शामिल हैं:

• उत्पादन में आसानी, उत्पादन के लिए सस्ती सामग्री का उपयोग; - छोटा आकार और वजन; - कम ऊर्जा की खपत; - उच्च संवेदनशील;

• संपर्कों की कमी (कुछ मामलों में - एक वर्तमान संग्राहक);

• लंबी सेवा जीवन;

• कैपेसिटिव सेंसर के चलने वाले हिस्से को स्थानांतरित करने के लिए बहुत छोटी ताकतों की आवश्यकता;

• विभिन्न कार्यों और डिजाइनों के लिए सेंसर के आकार को अपनाने में आसानी;

कैपेसिटिव सेंसर के नुकसान

कैपेसिटिव सेंसर के नुकसान में शामिल हैं:

• अपेक्षाकृत छोटा स्थानांतरण (रूपांतरण) गुणांक;

• परिरक्षण भागों के लिए उच्च आवश्यकताएं;

• उच्च (50 हर्ट्ज की तुलना में) आवृत्ति पर काम करने की आवश्यकता;

ज्यादातर मामलों में, हालांकि, सेंसर डिजाइन के कारण पर्याप्त परिरक्षण प्राप्त किया जा सकता है, और अभ्यास से पता चलता है कि कैपेसिटिव सेंसर 400 हर्ट्ज की व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली आवृत्ति पर अच्छे परिणाम देते हैं। अंतर्निहित संधारित्र किनारे का प्रभाव तभी महत्वपूर्ण हो जाता है जब प्लेटों के बीच की दूरी विचाराधीन सतहों के रैखिक आयामों के बराबर होती है। इस प्रभाव को एक सुरक्षात्मक रिंग के माध्यम से कुछ हद तक समाप्त किया जा सकता है, जो वास्तव में माप के लिए उपयोग की जाने वाली प्लेटों की सतह की सीमा से परे इसके प्रभाव को स्थानांतरित करना संभव बनाता है।

कैपेसिटिव सेंसर अपनी सादगी के लिए उल्लेखनीय हैं, जो एक मजबूत और विश्वसनीय डिजाइन की अनुमति देता है। संधारित्र के पैरामीटर केवल ज्यामितीय विशेषताओं पर निर्भर करते हैं और उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के गुणों पर निर्भर नहीं करते हैं, यदि ये सामग्री सही ढंग से चुनी गई हैं। इसलिए, प्लेटों के लिए धातु के उपयुक्त ग्रेड और उनके लगाव के लिए इन्सुलेशन का चयन करके सतह के परिवर्तन और प्लेट रिक्ति पर तापमान का प्रभाव नगण्य रूप से छोटा हो सकता है। यह केवल सेंसर को उन पर्यावरणीय कारकों से बचाने के लिए बनी हुई है जो प्लेटों के बीच इन्सुलेशन को खराब कर सकते हैं - धूल, संक्षारण, आर्द्रता, आयनकारी विकिरण से।

कैपेसिटिव सेंसर के मूल्यवान गुण - इसके चल भाग को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक यांत्रिक बल की एक छोटी मात्रा, ट्रैकिंग सिस्टम के आउटपुट को समायोजित करने की क्षमता, और संचालन की उच्च सटीकता - कैपेसिटिव सेंसर को उन उपकरणों में अपरिहार्य बनाते हैं जहां केवल सौवें या यहां तक ​​​​कि त्रुटियां होती हैं। हजार प्रतिशत की अनुमति है।

कैपेसिटिव कन्वर्टर्स के प्रकार और उनकी डिज़ाइन सुविधाएँ

आमतौर पर, एक कैपेसिटिव सेंसर एक फ्लैट या बेलनाकार कैपेसिटर होता है, जिसकी एक प्लेट नियंत्रित गति से गुजरती है, जिससे कैपेसिटेंस में बदलाव होता है। अंत प्रभावों की उपेक्षा करते हुए, एक फ्लैट कैपेसिटर के लिए समाई निम्नानुसार व्यक्त की जा सकती है:

जहाँ ε प्लेटों के बीच संलग्न माध्यम का सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक, C और e - विचारित प्लेटों का क्षेत्रफल और, तदनुसार, उनके बीच की दूरी।

निम्नलिखित मापदंडों के साथ मापी गई गैर-विद्युत मात्रा के कार्यात्मक संबंध के आधार पर, तीन दिशाओं में विभिन्न मात्राओं को मापने के लिए कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जा सकता है:

• माध्यम का चर ढांकता हुआ स्थिरांक ε;

• प्लेटों का अतिव्यापी क्षेत्र सी;

• प्लेटों के बीच अलग दूरी ई।

पहले मामले में, पदार्थ की संरचना का विश्लेषण करने के लिए कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि ढांकता हुआ स्थिरांक पदार्थ के गुणों का एक कार्य है। इस मामले में, कनवर्टर का प्राकृतिक इनपुट मूल्य प्लेटों के बीच की जगह भरने वाले पदार्थ की संरचना होगी। इस प्रकार के कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर विशेष रूप से व्यापक रूप से ठोस और तरल पदार्थ, तरल स्तर की नमी को मापने के साथ-साथ छोटी वस्तुओं के ज्यामितीय आयामों को निर्धारित करने में उपयोग किए जाते हैं। कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर के व्यावहारिक उपयोग के अधिकांश मामलों में, उनका प्राकृतिक इनपुट मान एक दूसरे के सापेक्ष इलेक्ट्रोड का ज्यामितीय विस्थापन है। इस सिद्धांत के आधार पर, रैखिक और कोणीय विस्थापन सेंसर, बल, कंपन, गति और त्वरण को मापने के लिए उपकरण, सेंसर के लिए निकटता, दबाव और तनाव सेंसर (एक्सटेन्सोमीटर)।

कैपेसिटिव सेंसर का वर्गीकरण

कार्यान्वयन के संदर्भ में, सभी कैपेसिटिव मापने वाले ट्रांसड्यूसर को सिंगल-कैपेसिटिव और डबल-कैपेसिटिव सेंसर में विभाजित किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध अंतर और अर्ध-अंतर हैं।

सिंगल कैपेसिटेंस सेंसर डिजाइन में सरल है और सिंगल वेरिएबल कैपेसिटर है। इसके नुकसान में नमी और तापमान जैसे बाहरी कारकों का महत्वपूर्ण प्रभाव शामिल है।इन त्रुटियों की भरपाई करने के लिए, डिफरेंशियल डिज़ाइन लागू करें... सिंगल-कैपेसिटेंस वाले की तुलना में ऐसे सेंसर का नुकसान सेंसर और मापने वाले डिवाइस के बीच कम से कम तीन (दो के बजाय) परिरक्षित कनेक्टिंग तारों की आवश्यकता है ताकि इसे दबाने के लिए- परजीवी समाई कहते हैं। हालांकि, इस तरह के उपकरणों के आवेदन के क्षेत्र की सटीकता, स्थिरता और विस्तार में उल्लेखनीय वृद्धि के साथ इस खामी का भुगतान किया जाता है।

कुछ मामलों में, डिजाईन कारणों से एक डिफरेंशियल कैपेसिटिव सेंसर बनाना मुश्किल होता है (यह वेरिएबल-गैप डिफरेंशियल सेंसर के लिए विशेष रूप से सच है)। हालांकि, अगर एक ही समय में एक अनुकरणीय संधारित्र को एक ही आवास में काम करने वाले के साथ रखा जाता है और वे डिजाइन, आयामों और सामग्रियों में यथासंभव समान होते हैं, तो पूरे डिवाइस की बाहरी अस्थिरता प्रभावों की बहुत कम संवेदनशीलता होगी सुनिश्चित किया। ऐसे मामलों में, हम सेमी-डिफरेंशियल कैपेसिटिव सेंसर के बारे में बात कर सकते हैं, जो डिफरेंशियल की तरह, बाय-कैपेसिटिव सेंसर को संदर्भित करता है।

दो-वॉल्यूम सेंसर के आउटपुट पैरामीटर की विशिष्टता, जिसे द्वि-आयामी भौतिक मात्रा (हमारे मामले में, समाई) के आयाम रहित अनुपात के रूप में दर्शाया गया है, उन्हें अनुपात सेंसर कहने का कारण देता है। दोहरे समाई सेंसर का उपयोग करते समय, मापने वाले उपकरण में कोई मानक समाई माप नहीं हो सकता है, जो माप सटीकता बढ़ाने में योगदान देता है।

रैखिक विस्थापन एनकोडर

मापने और नियंत्रित करने के लिए गैर-विद्युत मात्राएं कई और विविध हैं। उनमें से एक महत्वपूर्ण हिस्सा रैखिक और कोणीय विस्थापन हैं। एक संधारित्र के आधार पर विद्युत क्षेत्र कार्य अंतराल में दो मुख्य प्रकार के कैपेसिटिव विस्थापन सेंसर समान रूप से बनाए जा सकते हैं:

• चर इलेक्ट्रोड क्षेत्र के साथ;

• इलेक्ट्रोड के बीच एक चर अंतर के साथ।

यह बिल्कुल स्पष्ट है कि बड़े विस्थापन (इकाइयों, दसियों और सैकड़ों मिलीमीटर) को मापने के लिए पूर्व अधिक सुविधाजनक हैं, और बाद वाले छोटे और अति-छोटे विस्थापन (मिलीमीटर, माइक्रोमीटर और उससे कम के हिस्से) को मापने के लिए हैं।

कोणीय एनकोडर

कोणीय-विस्थापन कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर सैद्धांतिक रूप से रैखिक-विस्थापन कैपेसिटिव ट्रांसड्यूसर के समान हैं, और वेरिएबल-एरिया सेंसर भी बहुत छोटे माप रेंज (डिग्री की इकाइयों से शुरू) और चर-कोण-गैप कैपेसिटिव सेंसर के मामले में अधिक उपयुक्त हैं। छोटे और अति-छोटे कोणीय विस्थापन को मापने के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है। आमतौर पर, चर संधारित्र प्लेट क्षेत्र वाले बहु-खंड ट्रांसड्यूसर का उपयोग कोणीय विस्थापन के लिए किया जाता है।

ऐसे सेंसर में, कैपेसिटर इलेक्ट्रोड में से एक वस्तु के शाफ्ट से जुड़ा होता है, और रोटेशन के दौरान यह स्थिर एक के सापेक्ष विस्थापित हो जाता है, जिससे कैपेसिटर प्लेटों के ओवरलैप का क्षेत्र बदल जाता है। यह, बदले में, कैपेसिटेंस में बदलाव का कारण बनता है जिसे मापने वाले सर्किट द्वारा कैप्चर किया जाता है।

इनक्लिनोमीटर

इनक्लिनोमीटर (टिल्ट सेंसर) एक डिफरेंशियल कैपेसिटिव टिल्ट ट्रांसड्यूसर है जिसमें कैप्सूल के आकार का सेंसिंग एलिमेंट शामिल होता है।

कैपेसिटिव इनक्लिनोमीटर

कैप्सूल में दो फ्लैट इलेक्ट्रोड 1 के साथ एक सब्सट्रेट होता है, जो एक इन्सुलेट परत के साथ कवर किया जाता है, और एक बॉडी 2, सब्सट्रेट के लिए भली भांति तय होता है। शरीर की आंतरिक गुहा आंशिक रूप से एक प्रवाहकीय तरल 3 से भरी होती है, जो कि सामान्य इलेक्ट्रोड है एक संवेदनशील तत्व।आम इलेक्ट्रोड फ्लैट इलेक्ट्रोड के साथ एक विभेदक संधारित्र बनाता है। सेंसर का आउटपुट सिग्नल अंतर कैपेसिटर के समाई के मूल्य के आनुपातिक है, जो लंबवत विमान में आवास की स्थिति पर रैखिक रूप से निर्भर है।

इनक्लिनोमीटर को एक तथाकथित कामकाजी विमान में झुकाव के कोण पर आउटपुट सिग्नल की रैखिक निर्भरता के लिए डिज़ाइन किया गया है और व्यावहारिक रूप से दूसरे (गैर-कामकाजी) विमान में रीडिंग को नहीं बदलता है, जबकि इसका संकेत तापमान पर कमजोर निर्भर है परिवर्तन। अंतरिक्ष में विमान की स्थिति निर्धारित करने के लिए, दो इनक्लिनोमीटर का उपयोग किया जाता है, जो एक दूसरे से 90 ° के कोण पर स्थित होते हैं।

सेंसर के झुकाव के कोण के आनुपातिक विद्युत आउटपुट सिग्नल के साथ छोटे आकार के इनक्लिनोमीटर अपेक्षाकृत नए उपकरण हैं। उनकी उच्च सटीकता, लघु आकार, जंगम यांत्रिक इकाइयों की कमी, साइट पर स्थापना में आसानी और कम लागत उन्हें न केवल रोल सेंसर के रूप में उपयोग करने की सलाह देती है, बल्कि उनके साथ कोण सेंसर को बदलने के लिए न केवल स्थिर बल्कि चलती भी है। वस्तुओं।

कैपेसिटिव लिक्विड लेवल सेंसर

एक गैर-प्रवाहकीय तरल के स्तर को मापने के लिए एक कैपेसिटिव ट्रांसमीटर में समानांतर में जुड़े दो कैपेसिटर होते हैं

दबाव सेंसर

एक कैपेसिटिव प्रेशर ट्रांसड्यूसर के मूल डिजाइनों में से एक एकल स्टेटर है, जिसका उपयोग पूर्ण दबाव को मापने के लिए किया जाता है (विद्युत दबाव सेंसर).

इस तरह के एक संवेदक में एक धातु कोशिका होती है जो दो हिस्सों में कसकर फैली हुई फ्लैट धातु डायाफ्राम से विभाजित होती है, जिसके एक तरफ शरीर से पृथक एक निश्चित इलेक्ट्रोड होता है।डायाफ्राम इलेक्ट्रोड एक चर समाई बनाता है, जो मापने वाले सर्किट में शामिल होता है। जब डायाफ्राम के दोनों तरफ दबाव बराबर होता है, तो ट्रांसड्यूसर संतुलित होता है। कक्षों में से एक में दबाव में परिवर्तन डायाफ्राम को विकृत करता है और कैपेसिटेंस को बदलता है, जो मापने वाले सर्किट द्वारा तय किया जाता है।

दो-स्टेशन (डिफरेंशियल) डिज़ाइन में, डायाफ्राम दो निश्चित प्लेटों के बीच चलता है और दो कक्षों में से एक को एक संदर्भ दबाव दिया जाता है, जो सबसे छोटी त्रुटि के साथ अंतर (अतिरिक्त या अंतर) दबाव का प्रत्यक्ष माप प्रदान करता है।