Čo je kapacitný prevodník: práca a jej aplikácie

Energia, nemôžeme ju zničiť, ale môžeme zmeniť energiu z jednej formy na druhú. V niektorých situáciách musíme vziať pomoc z jednej formy energie, aby sme ju mohli zmeniť na inú formu. Proces premeny energie je možné vykonať pomocou „ Meniče “. Existujú rôzne typy meničov, ako sú meniče tlaku, piezoelektrický snímače, ultrazvukové snímače, snímače teploty, kapacitné snímače atď. V tomto článku sa dozvieme, čo je to kapacitný snímač, jeho princíp práce, schéma zapojenia, typy a jeho aplikácie, výhody a nevýhody.

Čo je kapacitný prevodník?

Meniče sú rozdelené do dvoch typov, ako sú aktívne meniče a pasívne meniče. Aktívne meniče sú jedným typom meničov, ktoré na svoju činnosť nepotrebujú žiadny druh energie. Zatiaľ čo pasívny menič vyžaduje na svoju činnosť v procese premeny energie externé napájanie. Tieto meniče prešli pod pasívne meniče.

Definíciou kapacitného prevodníka je meranie posunu (koľko vzdialenosti pokrýva), tlaku a ďalších niekoľkých fyzikálnych veličín, tieto prevodníky sú uprednostňované. V týchto meničoch sa kapacita medzi doskami mení kvôli vzdialenosti medzi doskami, prekrývaniu doštičiek kvôli zmene dielektrického média atď.

Princíp práce kapacitného snímača

Vyššie uvedená schéma označuje kapacitný prevodník. The pracovný princíp kapacitného prevodníka je premenná kapacita. Podľa jeho konštrukcie majú tieto dve paralelné kovové platne, ktoré udržiavajú vzdialenosť medzi nimi. Medzi nimi je možné plniť dielektrické médium (napríklad vzduch). Takže vzdialenosť medzi týmito dvoma kovovými platňami a polohami platní môže meniť kapacitu. Princíp týchto prevodníkov je teda variabilná kapacita. Základný rozdiel medzi normálnymi kondenzátormi a kapacitnými meničmi je, kondenzátor platne sú konštantné v normále kondenzátory pričom tieto meniče, kondenzátorové dosky sú pohyblivé.

kapacitný prevodník

Kapacitance premenlivého kondenzátora je možné merať pomocou tohto vzorca.

Vzorec kapacitného prevodníka

V tomto vzorci:

C označuje kapacitu premennej kapacity
εo označuje permitivitu voľného priestoru
εr označuje relatívnu permitivitu
A označuje plochu doštičiek
D označuje vzdialenosť medzi doskami

Podľa vzorca teda hodnota premennej kapacity závisí od štyroch dôležitých parametrov. Sú to vzdialenosť medzi doskami variabilného kondenzátora, zaberacia plocha doštičiek, permitivita voľného priestoru, relatívna permitivita a dielektrický materiál. Tieto parametre môžu meniť hodnotu kapacity variabilného kondenzátora.

• Zmena dielektrickej konštanty môže meniť kapacitu tohto meniča.
• Plocha doštičiek týchto prevodníkov môže meniť jeho hodnotu kapacity.
• Vzdialenosť medzi doskami môže meniť hodnotu kapacity meničov. Táto metóda sa väčšinou používa. Pri tejto metóde sa dielektrické médium a plocha dosiek udržujú konštantné. Keď sa platne pohybujú, potom sa vzdialenosť mení, čo má za následok zmenu kapacity kapacitného meniča.

Tieto tri vyššie uvedené metódy sa používajú na zmenu kapacitnej hodnoty tohto prevodníka.

Kapacitný obvodový diagram

Vyššie uvedená schéma zapojenia označuje ekvivalentnú schému zapojenia kapacitného prevodníka. Rozdiel medzi variabilným kondenzátorom a normálnym kondenzátorom je, že kapacita variabilného kondenzátora je rôzna, zatiaľ čo v normálnom kondenzátore je hodnota kapacity pevná a nedá sa zmeniť.

kapacitný prevodník-obvodový diagram

Typy kapacitného prevodníka

Podľa štruktúry kapacitného prevodníka sú to štyri typy, ktoré sú popísané nižšie. Oni sú

• Paralelná kapacita dosiek s obdĺžnikovými doskami.
• Cylindrický kondenzátorový prevodník.
• Polkruhové rovnobežné platne.
• Zmena dielektrika medzi rovnobežnými doskami.

Kapacita paralelných platní s obdĺžnikovými platňami

Toto sa tiež nazýva plochý typ kapacitného prevodníka. V tomto type prevodníka je jedna doska upevnená a druhou doskou je možné pohybovať. Touto variáciou sa môže meniť vzdialenosť d alebo plocha A. To vedie k kapacitnej hodnote tohto prevodníka.

kapacitný prevodník plochého typu

Ak sa plocha A mení a hodnota kapacity C by bola, ak by dosky mali vzdialenosť x, potom

C = ε (A-šx) / d

Cylindrický kapacitný prevodník

valcový kapacitný prevodník

Ak vezmeme do úvahy, že dĺžka valca má byť L, potom kapacita

cylindrická-kapacitná rovnica

Polokruhový kapacitný prevodník

Tento typ poskytne najvyššiu hodnotu kapacity, keď sa obe kapacitné dosky navzájom prekrývajú. Tieto sú vhodnejšie, ak obvod vyžaduje maximálnu kapacitu.

kruhový-paralelný-doskový-diagram

V tomto type kapacitný prevodník, plocha A = πr ^ 2/2 a kapacita C = ε πr ^ 2 / 2d

Zmena dielektrického média medzi paralelnými platňami

Keď sa dielektrické médium mení medzi dvoma rovnobežnými doskami tohto meniča, mení sa tým aj kapacita meniča.

Preto kapacita C = εo (ε1 * L1 * w + ε2 * L2 * w) / d

Tu - L1 a L2 označujú dĺžku 1. a 2. dĺžky platní.

W označuje šírku tabuľky

D označuje vzdialenosť medzi doskami

Výhody

The výhody kapacitného prevodníka sú diskutované nižšie. Oni sú

• Tieto meniče ponúkajú vysokú vstupnú impedanciu. Takže hodnota efektov načítania bude príliš nízka.
• Frekvenčná odozva týchto prevodníkov je extrémne vysoká.
• Tieto meniče sú vysoko citlivé.
• Na svoju prevádzku spotrebúvajú nízku energiu. Tieto prevodníky sa teda nazývajú zariadenia s nízkou spotrebou energie.
• Použitím týchto prevodníkov je možné dosiahnuť vysoké rozlíšenie.

Nevýhody

Je tam niekoľko nevýhody kapacitného prevodníka sú uvedené nižšie. Oni sú

• Má vysokú výstupnú impedanciu. Kvôli tejto vysokej hodnote výstupnej impedancie je na meranie výstupu potrebný zložitý obvod. A výstupný obvod musí byť výkonný, aby udržal túto vysokú výstupnú nesmiernu hodnotu.
• Tieto meniče vykazujú nelineárne správanie v dôsledku okrajových efektov.
• Tieto sú závislé od teploty. Hodnota vonkajšej teploty môže ovplyvniť túto hodnotu kapacity prevodníka.

Aplikácie

Aplikácie kapacitného prevodníka sú

• Tento menič má široké spektrum aplikácií pri určovaní veličín, ako je teplota, výtlak a tlak atď. Ďalej sú uvedené kapacitné meniče.
• Tieto meniče majú uplatnenie v oblasti lineárneho a uhlového posuvu s faktorom citlivosti.
• Jednou z najlepších aplikácií tohto prevodníka je zisťovanie úrovne vlhkosti. So zmenou hodnoty vlhkosti sa mení aj kapacita tohto snímača. Touto hodnotou môžeme merať zmenu vlhkosti.
• Prevodník tlaku s premennou kapacitou je použiteľný na nájdenie zmien tlaku pomocou premennej kapacity.

Teda kapacitné meniče sú užitočné na premenu jednej formy energie na inú formu energie uskutočnením zmeny hodnoty kapacity. Toto sú pasívne snímače, pretože na ich fungovanie je potrebné externé napájanie. A pomocou týchto prevodníkov môžeme merať tlak, teplotu a posunutie atď.