Емкостные датчики принцип действия: Датчики емкостные

Емкостные датчики приближения – подбор по характеристикам

Емкостные датчики приближения широко распространены в промышленности и применяются практически во всех отраслях. Емкостные датчики приближения сравнительно недороги, но надежны.

Выбрать и купить емкостный датчик положения вы можете в интернет-магазине …

Области применения емкостных датчиков приближения

Емкостные датчики приближения имеют широкий спектр применения в САР и САУ всех отраслей промышленности. Например:

• Сортировочные машины и счетное оборудование
• Пищевая промышленность
• Типография
• Станкостроение
• Нефтехимический комплекс
• Складская деятельность
• Транспортировочное оборудование (регистрация объектов на конвейерах и т.п.)
• Автомобильная индустрия
• Машиностроение
• Системы безопасности/охраны
• Сфера защиты окружающей среды
• Робототехника
• ЖКХ (включение освещения при приближение человека и т.п.)

Назначение емкостных датчиков приближения

• Обнаружение и распознавание предметов, объектов на производстве:
  • Металлических (проводящие)
  • Неметаллических (пластмассы, бумага, дерево, жидкости, картон и т.п.)
• Регистрация объектов, распознавание и контроль листовых материалов и проводов на обрыв, регулирование натяжения (пленки, фольга и т.п.)
• Сортировка объектов по физическим свойствам
• Контроль:
  • Уровня наполнения тары/упаковки (сигнализация)
  • Позиционного отклонения
  • Перемещения объекта
  • Поперечного и продольного смещения
  • Статического/динамического смещения
  • Положения в пространстве
  • Концентричности
  • Точности посадки
  • Отдельных элементов (подсчет)
• Манипулирование
• Измерение вибрации

Преимущества

Достоинства емкостных датчиков приближения:

• Способность обнаружения объектов сквозь «непрозрачные преграды» (например, жидкостей через стекло или пластик)
• Обнаружение всех материалов, в том числе агрессивных химических
• Простой, надежный конструктив
• Бесконтактный принцип работы
• Сравнительно невысокая цена

Недостатки

Недостатками могут быть:

1. Возможные требования к экранированию. В частности, нужно соблюдать правила размещения датчиков в непосредственной близости друг от друга.
2. Влияние окружающей среды на функционирование датчиков.
3. Влияние материала и габаритов объекта регистрации на параметры приборов

Принцип работы емкостных датчиков приближения

Принцип работы емкостных датчиков приближения заключается в использовании емкостных связей, где сам датчик выполняет роль обкладки конденсатора, а диэлектриком обычно является воздух. Вторая обкладка – земля.

Датчики имеют в своем составе чувствительный электрод, который испускает электрическое поле и формирует емкость. При этом у прибора формируется определенная рабочая зона чувствительности. Если в эту зону попадает объект (с более высокой диэлектрической проницаемостью), то емкость начинает увеличиваться. При превышении заданного в настройках уровня, датчик фиксирует наличие объекта и переключает выходное реле.

На рисунке ниже показан пример с жидкостью. Наличие жидкости вызывает переключение выхода датчика.

Выбрать и купить емкостной датчик положения вы можете в интернет-магазине РусАвтоматизация …

бесконтактные датчики, Устройство и принцип работы емкостного датчика

В основе принципа работы емкостного датчика лежит изменение емкости конденсатора при внесении в его электрическое поле какого-либо материала.

Устройство емкостного датчика общего применения показано на рисунке ниже:

Электроды конденсатора, являющегося частью генератора, создают электрическое поле для взаимодействия с объектом.

Генератор обеспечивает переменное электрическое поле перед электродами конденсатора.

Демодулятор преобразует изменение высокочастотных колебаний генератора в изменение постоянного напряжения.

Триггер обеспечивает необходимый порог срабатывания, гистерезис, крутизну фронтов сигнала управления.

Усилитель увеличивает амплитуду и рабочий ток выходного сигнала до необходимых значений.

Подстроечный элемент служит для регулировки чувствительности датчика и отстройки от помех (росы, инея и пр.)

Индикатор – обычно светодиодный обеспечивает визуальный контроль срабатывания датчика, увеличивая удобство эксплуатации, уменьшая время настройки.

Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от вредного воздействия твердых частиц и влаги.

Корпус. В цилиндрических датчиках чаще всего выполняется из латуни и нержавеющей стали. В прямоугольных и других исполнениях применяются ударопрочные пластики. Корпус служит для обеспечения монтажа датчика и защиты от механических и прочих внешних воздействий.

Принцип работы

При подаче напряжения питания, перед поверхностью электродов как бы «развернутого» конденсатора возникает электрическое поле. Данное поле так же считается зоной чувствительности емкостного датчика. Параметры генератора выбраны таким образом, что при отсутствии каких либо материалов в зоне чувствительности датчика, кроме воздуха, имеющего диэлектрическую проницаемость близкую к единице, электрических колебаний в генераторе не возникает.

 

 

 

 

При попадании какого-либо материала в поле конденсатора с большей диэлектрической проницаемостью, увеличивается емкость конденсатора. В генераторе возникают колебания с амплитудой, зависящей от расстояния до материала, размеров его, а также от его диэлектрической проницаемости. Амплитуда колебаний преобразуется демодулятором в изменение уровня постоянного напряжения, что вызывает срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика.

 

 

 

 

Разнообразие объектов воздействия, вызывающих срабатывание емкостных выключателей, обуславливает широкий спектр областей, в которых они применяются.

Наибольший эффект достигается при использовании в системах: – контроля уровня наполнения резервуаров, емкостей, контейне- ров сыпучими и жидкими материалами; – контроля уровня содержимого в упаковке, в таре; – сигнализации разрыва лент; – счета и позиционирования объектов любого рода.

Возможно применение емкостных выключателей в пищевой и в химической отраслях промышленности. При этом для исключения непосредственного контакта активной поверхности выключателя с пищевыми продуктами или с химически агрессивными средами, можно рекомендовать использовать защитную диэлектрическую перегородку, изготовленную из соответствующих материалов.

При необходимости обнаружения веществ и материалов, находящихся за металлической стенкой, в ней следует выполнить окно, закрытое диэлектрической перегородкой, перед которой устанавливают емкостный выключатель. Толщина перегородки должна быть значительно меньше расстояния воздействия выключателя, а диэлектрик должен иметь малую диэлектрическую проницаемость Er.

Емкостные датчики уровня и положения, устройство и принцип действия

Электрическая емкость проводника характеризует его способность накапливать электрический заряд, приобретая при этом определенный потенциал. Но теоретические основы электротехники в этой статье мы рассматривать не будем.

Более того, количество любой теории будет сведено к минимуму, необходимому для общего понимания содержания.

Принцип работы емкостного датчика заключается в контроле изменения емкости его чувствительного элемента – конденсатора. В самом привычном значении конденсатор – это радиоэлектронный компонент, состоящий из двух электропроводящих обкладок, разделенных слоем диэлектрика.

Они могут иметь различную форму, что кстати, используется при создании емкостных датчиков различного назначения.

Давайте рассмотрим от чего зависит емкость на примере простейшего конденсатора, состоящий из двух обкладок в форме пластин (рис.1).

Это:

• площадь пластин;
• расстояние между ними;
• диэлектрическая проницаемость среды между обкладками.

Кстати, в заряженном конденсаторе присутствует электрическое поле Е, мы вернемся к нему когда будем рассматривать как работает емкостной датчик.

ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ (ПРИБЛИЖЕНИЯ)

Итак, мы имеем классический плоский конденсатор (С). Давайте развернем его пластины, как показано на рисунке 2. Изменится конфигурация поля Е.

Если будет изменяться диэлектрическая проницаемость среды, через которую проходят линии этого поля (будем называть это зоной обнаружения), то будет изменяться емкость конденсатора.

То есть появление в этой зоне инородного предмета (или вещества) вызовет изменение емкости С. Электронная схема устройства это изменение отслеживает и формирует соответствующий сигнал.

На этом принципе основана работа емкостных датчиков положения. При появлении в зоне обнаружения любого предмета детектор срабатывает.

Дальность обнаружения, она, кстати, невелика – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, и размер контролируемого объекта определяются чувствительностью детектора. Эти параметры должны оговариваться в техническом описании (паспорте) на изделие.

Безусловным достоинством такого датчика является обнаружение объектов из любых материалов, а не только металлических, как у индуктивных.

Емкостной принцип обнаружения какого либо события, помимо детекции положения используется достаточно широко.

Это:

Про последний тип устройств стоит написать несколько подробнее.

Дело в том, что в качестве одной обкладок конденсатора можно использовать металлический предмет, а в качестве другой – землю (а в частном случае пол помещения).

Таким образом при приближении к металлическому сейфу или шкафу, оборудованному емкостным охранным датчиком будет формироваться сигнал тревоги.

Используются такие извещатели, правда, не часто. Дело в том, что любой датчик, использующий в своей работе емкостной принцип действия чувствителен к воздействию электромагнитных помех.

Это следует учитывать при принятии решения о применении таких устройств в условиях конкретного объекта.

ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ УРОВНЯ

Еще одна область применения детекторов такого принципа действия – определения уровня, причем как жидкостей, например, воды или топлива, так и сыпучих материалов (рис. 3).

Чувствительный элемент в этом случае представляет:

• две протяженные пластины, расположенные параллельно;
• соосно расположенные цилиндры;
• стержни (штыри).

Поскольку контролируемая среда имеет диэлектрическую проницаемость иную чем у воздуха, то при погружении части детектора в контролируемое вещество соответствующим образом изменяется емкость чувствительного элемента.

При этом, можно реализовать не только пороговое управление исполнительными устройствами (включено- выключено), но и получать информацию о численных значениях, причем, с достаточно высокой степенью точности, чем не могут похвастаться некоторые другие типы датчиков уровня.

Как видно, подобные устройства достаточно универсальны и здесь перечислены еще не все их возможности.

Например, на описываемом принципе реализуются датчики крена. Измерение угла наклона достигается за счет перемещения между пластинами конденсатора жидкости. При изменении угла наклона меняется рабочая площадь обкладок, соответственно, емкость.

Используя вращающиеся вокруг общей оси пластины, изменяющие площадь перекрытия в зависимости от угла, получаем датчик поворота, а при желании, скорости вращения.

Таким образом, емкостные датчики, в части касающейся области применения достаточно универсальны, хотя используют непростую схемотехнику.

  *  *  *

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Ёмкостные датчики. Принцип работы и особенности. | Разумный мир

Как я уже писал в статье “Автоматизация. Начало. Что и почему.”, почти любая система автоматизации нуждается в информации о состоянии объекта управления. Там же я немного рассказал о том, какие датчики бывают. Однако, более подробное описание разных типов датчиков и особенностей работы с ними осталось за кадром.

В данной статье я немного подробнее расскажу про емкостные датчики, и их особенности. По большей части это обзорная статья, рассчитанная на начинающих и любителей. Профессионалы здесь не найдут ничего нового. Про обработку сигналов таких датчиков я расскажу в следующей статье.

Емкостный датчик, принцип работы

Как следует из названия, в основе этих датчиков лежит конденсатор, емкость которого изменяется под воздействием внешних факторов. А работа с датчиком сводится с измерению емкости, или измерению изменения емкости, этого конденсатора. Звучит просто, но реальность несколько сложнее.

Всем, из школьного курса физики, известна формула емкости плоского конденсатора

Из этой формулы видно, что наше внешнее воздействие может изменять три параметра конденсатора

• Расстояние между пластинами, обкладками, конденсатора
• Площадь одной из обкладок
• Диэлектрическую проницаемость среды между обкладками

При этом первые два параметра являются механическими, а диэлектрическая проницаемость определяется свойствами среды (диэлектрика).

Датчики использующие изменение расстояния между обкладками

Проще всего изменять расстояние между обкладками

Здесь внешнее воздействие показано в виде вектора силы F. Это воздействие изменяет расстояние между обкладками. Причем одной из обкладок может быть сам контролируемый объект, например, подвижный стол, шток, держатель инструмента. Возможна и несколько иная реализация этого принципа построения датчика

Здесь предполагается, что подвижная пластина является проводящей. Фактически, такой датчик состоит из двух конденсаторов. При этом подвижная обкладка является для них общей. Такая конструкция может быть полезной, если подключение подвижной обкладки к схеме измерения затруднительно. Да, подвижный элемент не обязательно является обкладкой конденсатора и может быть выполнен из диэлектрика, но об этом чуть позже.

Датчики использующие изменение площади перекрытия обкладок

Изменение площади обкладок тоже возможно, например, так

Здесь подвижная обкладка движется параллельно неподвижной так, что расстояние между ними не изменяется. При этом площадью обкладки конденсатора будет площадь перекрывающейся части пластин, которая и изменяется при перемещении. На рисунке она ограничена пунктиром.

На первый взгляд кажется, что такая конструкция датчика менее удобна и, при этом, не отличающейся принципиально от предыдущей. Однако, разница весьма существенна. Дело в том, что изменение расстояния между обкладками становится неприменимым, при большой величине перемещения. Зато параллельное смещение не имеет, в разумных пределах, такого ограничения.

Точно так же, как в предыдущей конструкции, мы можем разделить неподвижную обкладку на две части и подключить их к схеме измерения

Датчики использующие изменение диэлектрической проницаемости

Это самый интересный, и самый общий случай. Диэлектрическая проницаемость разных материалов различна. Для вакуума она равна 1, однако, этот случай для нас особого интереса не представляет. Диэлектрическая проницаемость воздуха очень блика к 1 (1,0001959 при 20 градусах и нулевой влажности). Диэлектрическая проницаемость бензина примерно равна 2, а воды 81. У многих пластмасс диэлектрическая проницаемость лежит в пределах 2-8. Используемая для изготовления конденсаторов керамика обладает диэлектрической проницаемостью 10-200 и более.

Если диэлектрик не однороден, или занимает не все пространство между обкладками, то в формулу расчета емкости нужно подставлять эквивалентную диэлектрическую проницаемость. Так для двух слоев диэлектрика с разной проницаемостью емкость конденсатора будет определяться так

В случае датчиков, слоями диэлектрика могут являться, например, два слоя воздуха и некий материал, расположенный между обкладками.

Причем величина воздушных зазоров может быть разной с разных сторон, как это и показано на рисунке выше. Если известна диэлектрическая проницаемость объекта, мы можем таким образом определить его толщину. Если известна толщина, то можно определить диэлектрическую проницаемость и, в некоторой степени, отличить один материал от другого. Но это еще не самое интересное.

Если заполнить пространство между обкладками смесью диэлектриков с различающейся, но известной, диэлектрической проницаемостью, то можно определить процентный состав смеси. Например, так можно определить влажность древесины или почвы.

Вот так, например, можно реализовать подсчет движущихся объектов

Причем обкладки датчика могут располагаться не с двух сторон объектов, а с одной стороны. Если в качестве объектов используются зубцы шестерни, то можно измерить скорость ее вращения. А если зубцы рейки, то величину перемещения. При этом объекты (в том числе, зубцы) не обязаны быть проводящими. Достаточно, что бы их диэлектрическая проницаемость была выше, чем у воздуха. Причем чем больше разница, тем лучше.

Так же, можно определить, какая часть датчика заполнена объектом

Здесь датчик можно представить в виде двух включенных параллельно конденсаторов. Первый заполнен диэлектриков на глубину L2. Второй заполнен только воздухом на глубину L3. Степень заполнения получается расчетом. На самом деле, промежуток L3 не обязательно должен быть заполнен воздухом. Вполне возможна ситуация, когда L2 заполнен водой, а L3 бензином, например. И это позволяет определить уровень воды находящейся под слоем топлива.

Разумеется, возможно построение датчиков по схемам, показанным для датчиков с изменением расстояния между обкладками или площади обкладок, которые были приведены выше. Только подвижные элементы будут не проводящими. Это снижает чувствительность датчиков, но они сохраняют работоспособность. Я не буду приводить формулы расчета емкости для этих случаев.

Особенности емкостных датчиков

Емкостные датчики, не смотря на свою конструктивную простоту, не так просты в работе. Давайте рассмотрим некоторые из их важных особенностей. При этом собственно обработка сигнала с емкостных датчиков будет рассматриваться в следующей статье.

Очень высокое выходное сопротивление

Это одна из самых важных особенностей. Поскольку обкладки датчика разделены слоем изолятора, сопротивление датчика очень высокое. Это необходимо учитывать при разработке схем обработки сигналов с емкостных датчиков. Повышенные токи утечки, например, вызванные загрязнением поверхности печатной платы блока электроники или недостаточной защитой от влажности, могут привести, в некоторых случаях, даже к полной неработоспособности.

Низкая помехоустойчивость

Это следствие высокого сопротивления датчика. Обкладки датчика, фактически, являются антеннами, которые прекрасно улавливают помехи. Поэтому требуется экранирование датчика, соединительных проводников и схемы обработки. Возможны и другие решения, например, использованием коаксиальной конструкции датчика. Если этого недостаточно, или невозможно, то нужно применять методы фильтрации и усреднения.

Высокий уровень генерации помех

Работа с емкостными датчиками сводится к измерению их емкости. Более подробно это будет рассмотрено в следующей статье. Но уже сейчас можно сказать, что измерение выполняется не на постоянном токе. А значит, обкладки датчика не только являются не только антеннами принимающими помехи, но и антеннами излучающими помехи.

Проблема решается экранированием, снижением амплитуды переменного (импульсного) напряжения на обкладках датчика, уменьшением скорости изменения напряжения. Возможны и специальные конструктивные решения.

Собственная паразитная емкость датчика

Работая с емкостным датчиком мы, фактически, используем не абсолютное значение емкости, а величину ее изменения. При этом величина изменения часто является весьма малой. Что бы чувствительность датчика, которая определяется отношением величины изменения к полной емкости датчика, была выше, собственная (паразитная) емкость датчика должна быть как можно меньше. Это тем важнее, чем меньше диэлектрическая проницаемость измеряемого объекта. Поскольку проводники от обкладок датчика до схемы обработки вносят ощутимый вклад в паразитную емкость их необходимо делать как можно более короткими. По этой причине большинство емкостных датчиков конструктивно объединены со схемами обработки. И выходным сигналом датчика, в этом случае, является выходной сигнал схемы обработки.

Характеристики емкостных датчиков нелинейны

В большинстве случаев, емкость датчика изменяется нелинейно даже при линейном изменении внешнего воздействия. Это не является существенной проблемой, если от датчика требуется определение порогового состояния, например, заданного минимального расстояния до объекта. Но если датчик используется для измерения непрерывной величины, например, уровня жидкости в емкости, такая нелинейность должна учитываться или схемой обработки, или схемой управления.

Чувствительность к расположению датчика

И обкладки датчика, и соединительные проводники, и элементы схемы обработки сигнала, обладают емкостью относительно окружающих предметов, включая нашу планету. Если автоматическая калибровка датчика не предусмотрена, а условия работы изменились, например, к датчику подошел оператор, или блок измерения переместили со деревянного стола на металлический, датчик может выдавать неверные данные.

Эту проблему можно решать конструктивно, схемотехнически, алгоритмически. Для регистрации пороговых событий хорошим методом является автоматическая калибровка и фильтрация во времени, что позволяет отделить реальное событие от фонового. При измерении непрерывных величин требуются более сложные, комбинированные, способы.В простых случаях возможно ограничиться ручной калибровкой при установке датчика.

Кстати, именно данная особенность приводит к сбоям простых самодельных систем полива растений, которые используют емкостные датчики. Если система используется для полива растения в горшке на подоконнике, или на полу, то датчик будет реагировать и на то, к растению подошел человек. Это можно устранить алгоритмически. По той же причине невозможно откалибровать емкостный датчик влажности почвы на лабораторном столе и потом использовать его для полива в теплице или на грядке. Нужна калибровка датчика именно в том месте, где он будет применяться. И в тех датчиках, которые я упоминал в статье “Влажность почвы. Почему все так не просто?” я все это учитываю.

Область применения емкостных датчиков

Емкостные датчики применяются достаточно широко. Я ограничусь лишь небольшим списком:

• Пожалуй, самым известным их применением являются сенсорные экраны и прочие сенсорные элементы управления.
• Различные измерительные приборы
• Автоматические производственные линии (подсчет предметов, контроль наличия предмета, контроль заполненности емкости
• Измерители уровня жидкостей и сыпучих тел
• Датчики близости
• Концевые датчики

Емкостные датчики выпускаются серийно, включая различные исполнения повышенной защищенности (например, взрывобезопасные). При этом есть датчики разной точности и разной дальности от контролируемых объектов. Емкостные датчики достаточно просты и дешевы, при этом обладают высокой надежностью. Но при этом требуют учета своей специфики. Впрочем, как и любые другие датчики.

Заключение

Я кратко, практически обзорно, рассказал о том, как работают емкостные датчики и какие особенности они имеют. В следующей статье поговорим о том, как обрабатывать сигналы с таких датчиков. То есть, о том, как устроены те самые “схемы обработки”.

До новых встреч!

Применение емкостных датчиков – Balluff

Качеством сенсорных устройств и компонентов автоматики определяется эффективность производства в разных областях промышленности. Технические возможности приборов зависят от производителей, использующих при создании продукции технологии разного уровня зрелости. Применение емкостных датчиков, преобразователей, индуктивных измерителей, и других типов прецизионного электрооборудования от фирмы Balluff гарантирует надежную стабильность при автоматизации, управлении и регулировке рабочих процессов.

Надежная электроника для стандартного и специального применения

Обширная программа по выпуску контрольно-измерительных приборов для машиностроения, автоматики, обеспечивающей точную работу промышленных сетей и соединений, находит применение во всех значимых промышленных областях. Характеристики емкостных датчиков, оптических измерителей расстояния и инклинометров, максимально ориентированы на производственные потребности предприятий с разным направлением деятельности:

• металлургия, деревообработка, химическая отрасль;
• машиностроение, автомобильная промышленность;
• производство станков и складского оборудования.

Широкий ассортимент приборов включает устройства для измерений линейных перемещений, предназначенные к эксплуатации в условиях различной сложности. Одной из востребованных позиций являются емкостные датчики, принцип работы которых основан на параметрическом типе, и дает возможность фиксировать данные практически о любом предмете, находящемся в поле активности устройства.

Приборы предназначены для вычисления размеров при разной концентрации действующего вещества, выпускаются в различной комплектации и могут иметь диэлектрическую защиту.

Характеристики и особенности материалов от компании Balluff

В зависимости от того, как работает емкостной датчик, принцип действия прибора используется при работе с жидкими, сыпучими, или газообразными материалами. Устройства обладают способностью получать данные, измеряемые в крайне малых величинах, обеспечивая предельную точность изготовления деталей для сложного оборудования. Хорошо зарекомендовали себя проверенные на практике инновационные системы идентификации, с одинаковой эффективностью работающие в средах:

• с критическими температурами;
• высоким уровнем химической активности;
• пылевой загрязненностью.

Часто после приобретения устройства для обнаружения объектов многие сталкиваются с проблемой, как проверить емкостной датчик. Контроль работы устройства производится по показаниям светодиодного индикатора, передающего информацию о функции выходного сигнала. Сенсоры выпускаются в корпусе из пластика, тефлона, или нержавеющей стали, и независимо от использованного при изготовлении материала обеспечивают защиту внутреннего устройства при воздействии давления до 5 бар.

Емкостные датчики для жидких сред относятся к преобразователям параметрического типа, и применяются на производстве для контроля при заполнении емкостей продуктами с разной консистенцией, служат средством снятия показателей избыточного и абсолютного давления в резервуаре, используются для слежения за деформационными нагрузками, ускорениями линейного и углового характера.

К основным достоинствам электронных приборов от компании Balluff относится высокая чувствительность, экономное энергопотребление энергии, предельная точность показаний и длительный срок надежной эксплуатации. Увеличить рабочий ресурс сенсоров можно при использовании аксессуаров для измерителей и устройства дополнительной изоляции от внешних воздействий при осуществлении монтажа.

Датчики перемещения, расстояния и положения Micro-Epsilon

Емкостные датчики предназначены для бесконтактного измерения смещения, расстояния и положения, а также для измерения толщины. Благодаря высокой стабильности и разрешению сигнала емкостные датчики смещения применяются в лабораториях и промышленных измерительных задачах. Например, при управлении производством емкостные датчики измеряют толщину пленки и нанесение клея. Установленные в станках, они контролируют смещение и положение инструмента. Специальная конструкция сенсора, сенсорный кабель и инновационная технология контроллера обеспечивают идеально согласованную измерительную систему. Поэтому измерительные системы capaNCDT отличаются высокой точностью и стабильностью сигнала. Даже в промышленных применениях емкостные датчики достигают разрешающей способности в диапазоне субмикрометров. CS005 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 0,05 мм CS02 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 0,2 мм CSH02-CAm1,4 цилиндрический датчик с кабелем, диапазон измерения: 0,2 мм CSH02FL-CRm1,4 плоский датчик с кабелем, диапазон измерения: 0,2 мм CS05 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 0,5 мм CSE05 цилиндрический датчик с гнездом, компактная конструкция, диапазон измерения: 0,5 мм CSE05 / M8 надежный датчик (цилиндрический) с резьбой M8 и гнездом, диапазон измерения: 0,5 мм CSG0,50-CAm2,0 датчик зазора (на плате) с кабелем, 2-сторонний, диапазон измерения: 0,5 мм CSH05-CAm1,4 цилиндрический датчик с кабелем, диапазон измерения: 0,5 мм CSH05FL-CRm1,4 плоский датчик с кабелем, диапазон измерения: 0,5 мм CS08 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 0,8 мм CS1 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 1 мм CS1HP цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 1 мм CSE1 цилиндрический датчик с гнездом, компактная конструкция, диапазон измерения: 1 мм CSG1,00-CAm2,0 датчик зазора (на плате) с кабелем, 2-сторонний, диапазон измерения: 1 мм CSh2-CAm1,4 цилиндрический датчик с кабелем, диапазон измерения: 1 мм CSh2FL-CRm1,4 плоский датчик с кабелем, диапазон измерения: 1 мм CSh2,2-CAm1,4 цилиндрический датчик с кабелем, диапазон измерения: 1,2 мм CSh2,2FL-CRm1,4 плоский датчик с кабелем, диапазон измерения: 1,2 мм CSE1,25 цилиндрический датчик с гнездом, компактная конструкция, диапазон измерения: 1,25 мм CSE1,25 / M12 надежный датчик (цилиндрический) с резьбой M12 и гнездом, диапазон измерения: 1,25 мм CS2 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 2 мм CSE2 цилиндрический датчик с гнездом, компактная конструкция, диапазон измерения: 2 мм CSE2 / M16 надежный датчик (цилиндрический) с резьбой M16 и гнездом, диапазон измерения: 2 мм CSF2 датчик зазора (на плате) с разъемом, односторонний, диапазон измерения: 2 мм CSF2-CRg4,0 датчик зазора (на плате) с кабелем, односторонний, диапазон измерения: 2 мм CSh3-CAm1,4 цилиндрический датчик с кабелем, диапазон измерения: 2 мм CSh3FL-CRm1,4 плоский датчик с кабелем, диапазон измерения: 2 мм CS3 цилиндрический датчик с гнездом, компактная конструкция, диапазон измерения: 3 мм CSE3 цилиндрический датчик с гнездом, компактная конструкция, диапазон измерения: 3 мм CSE3 / M24 надежный датчик (цилиндрический) с резьбой M24 и гнездом, диапазон измерения: 3 мм CSh4FL-CRm1,4 плоский датчик с кабелем, диапазон измерения: 3 мм CSF4 датчик зазора (на плате) с разъемом, односторонний, диапазон измерения: 4 мм CSF4-CRg4,0 датчик зазора (на плате) с кабелем, односторонний, диапазон измерения: 4 мм CS5 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 5 мм CSF6 датчик зазора (на плате) с односторонним разъемом, диапазон измерения: 6 мм CSF6-CRg4,0 датчик зазора (на плате) с кабелем, односторонний, диапазон измерения: 6 мм CS10 цилиндрический датчик с гнездом, диапазон измерения: 10 мм

Ёмкостные датчики для регистрации частичных разрядов

Датчики частичных разрядов емкостного типа предназначены для проведения измерений в высоковольтном оборудовании, в котором трудно смонтировать измерительные конденсаторы связи «CC» или установить высокочастотные трансформаторы тока «RFCT». Обычно это закрытое высоковольтное оборудование, например, маслонаполненные баки высоковольтного оборудования, корпуса КРУЭ, шкафы КРУ различного типа, высоковольтные кабели, боковые щиты и корпуса высоковольтных генераторов и электродвигателей и т. д.

Эти датчики называются емкостными потому, что обычно представляют собой одну своеобразную обкладку измерительного конденсатора, второй обкладкой которого является металлический корпус контролируемого оборудования. Высокочастотные импульсы от частичных разрядов наводят в металлических конструкциях оборудования высокочастотные токи, которые протекают по конструкциям и замыкаются на «землю». При помощи емкостных датчиков контролируется величина этих токов.

Очевидным достоинством емкостных датчиков является возможность оперативной установки их на металлических открытых поверхностях высоковольтного оборудования. Если внутри датчиков имеется постоянный магнит, а корпус оборудования стальной, то это максимально упрощает процедуру монтажа датчиков. Поскольку используемые металлические конструкции оборудования должны быть обязательно заземленными (!), то процедуры монтажа датчиков и проведения измерений частичных разрядов являются безопасными для персонала.

Наиболее важный недостаток емкостных датчиков обусловлен тем, что по металлическим бакам, корпусам и панелям шкафов оборудования протекают токи не только от высокочастотных импульсов, возникших внутри оборудования, но и от всех внешних высокочастотных процессов. Поэтому импульсы частичных разрядов в выходном сигнале от емкостных датчиков почти всегда очень сильно «зашумлены» и с большим трудом поддаются анализу и эффективной экспертизе.

Второй недостаток емкостных датчиков обусловлен тем, что в большинстве типов оборудования, за исключением экранов высоковольтных кабелей, в разных точках баков и корпусов протекают высокочастотные токи различной величины. Это связано со сложной геометрией корпусов оборудования и также обусловлено влиянием места возникновения частичных разрядов в изоляции. В результате при простой перестановке датчика по поверхности оборудования можно получить результаты, отличающиеся друг от друга даже на порядок.

Реальная чувствительность всех емкостных датчиков нелинейно связана с частотой. Чем больше частота сигнала, тем выше чувствительность емкостного датчика. Поэтому применение емкостных датчиков эффективно для того оборудования, в котором частота импульсов частичных разрядов больше, чем 50 ÷ 100 МГц.

Ёмкостные датчики марки «TSM» для регистрации высокочастотных токов растекания

Основное назначение датчиков марки «TSM» – регистрация частичных разрядов на поверхности корпусов и баков высоковольтного оборудования. В литературе принцип действия таких датчиков обычно обозначается буквами «TEV» – (Transient Earth Voltage), что в свободном переводе соответствует термину «Переходные Напряжения в Заземленных элементах» высоковольтного оборудования.

Датчики типа «TSM» производятся в пластиковом (АВС) корпусе и монтируются (накладываются) непосредственно на заземленный металлический корпус контролируемого объекта. Фиксация датчика на оборудовании осуществляется при помощи постоянного магнита, расположенного внутри корпуса датчика. Подключение датчика марки «TSM» к измерительному прибору производится коаксиальным кабелем при помощи разъема типа BNC или TNC.

Датчики марки «TSM» выпускаются в трех модификациях:

• «TSM-1» – емкостный датчик, в котором кроме обкладки и постоянного магнита ничего нет. Поэтому внутри датчика отсутствует преобразование сигналов, и он имеет на своем выходе сигнал такой же частоты, что и на контролируемой поверхности оборудования, т. е. порядка десятков – сотни мегагерц. Датчик предназначен для преимущественного использования с теми измерительными приборами, которые предназначены для проведения регистрации сигналов частичных разрядов в высокочастотном диапазоне.
• «TSM-2» – емкостный датчик со встроенной электроникой, предназначенный для использования в системах стационарного мониторинга. Входной высокочастотный сигнал внутри датчика интегрируется и преобразуется по частоте. В результате на выходе датчика сигналы имеют частоту в диапазоне 1 ÷ 20 МГц. Это позволяет использовать датчик «TSM-2» со всеми наиболее распространенными системами регистрации импульсов частичных разрядов, работающими в HF диапазоне частот. Напряжение питания для работы встроенной электроники и внутренних защит датчика «TSM-2» составляет 2,7 ÷ 6,0 В, ток потребления – до 8 mA. Питание для электроники подается в датчик по тому же коаксиальному кабелю, по которому производится и регистрация импульсов частичных разрядов.
• «TSM-3» – емкостный датчик высокочастотных токов растекания от частичных разрядов со встроенной электроникой предназначен для преимущественного использования с различными переносными приборами и в системах периодического мониторинга частичных разрядов. По электрическим параметрам выходного сигнала и внешним габаритным размерам датчик «TSM-3» соответствует датчикам «TSM-1» и «TSM-2», но питание электроники датчика осуществляется от трех встроенных батареек типоразмером AAA при максимальном токе потребления в 17 mA.

Габаритные размеры всех трех датчиков типа «TSM» одинаковые и составляют 95 * 54 * 32 мм. Масса датчиков не более 0,3 кг, наиболее тяжелым является датчик «TSM-3» с батарейным питанием.

Датчики типа «TSM» могут быть использованы для регистрации частичных разрядов в различном оборудовании:

• в электрических генераторах, электродвигателях;
• в высоковольтных выключателях;
• в ячейках КРУ и КРУЭ;
• в шкафах КРУ;
• в баках маслонаполненного оборудования.

Во всех этих случаях датчик марки «TSM» устанавливается только на заземленных (!) поверхностях корпусов и баков высоковольтного оборудования. Место установки датчика выбирается максимально близко к тем зонам, где возможного возникновения частичных разрядов. Этим обеспечивается лучшая чувствительность при регистрации частичных разрядов.

Комплексный датчик марки «PD-Line» для регистрации частичных разрядов в кабельных линиях

Устройство (комплексный датчик) «PD-Line» предназначено для регистрации параметров частичных разрядов (ЧР) и определения направления движения высокочастотных импульсов в кабельных линиях. Для этого внутри устройства «PD-Line» смонтированы два датчика различного типа, которые регистрируют электрическую и магнитную составляющие волны электромагнитного поля.

Зарегистрированный сигнал от «PD-Line» передается в блок сопряжения, который является и блоком питания устройства. Далее сигнал передается в регистратор частичных разрядов. К одному блоку сопряжения может быть подключено до трех комплексных датчиков «PD-Line».

Для контроля технологических режимов работы кабельной линии при помощи устройства «PD-Line» дополнительно производится измерение температуры поверхности кабельной линии при помощи контактного датчика.

Датчик тока промышленной частоты, установленный в устройстве «PD-Line», предназначен для формирования сигнала синхронизации процесса измерения с синусоидой питающей сети, что необходимо для проведения корректной диагностики типа дефекта, возникшего в изоляции кабельной линии или муфты.

Устройство контроля «PD-Line» устанавливается непосредственно на поверхности высоковольтного кабеля. Если устройства «PD-Line» устанавливаются с двух сторон соединительной муфты, то это дает возможность разделить частичные разряды, возникающие в муфте, от разрядов, возникающих вне контролируемой муфты, «пролетающих через муфту транзитом».

Характеристики устройства «PD-Line» для контроля ЧР

Частотный диапазон импульсов датчика магнитной составляющей поля импульсов	0,1 ÷ 30,0 МГц
Частотный диапазон импульсов датчика электрической составляющей поля импульсов	2 ÷ 100 МГц
Диапазон измерения температуры	-60 ÷ +150 °C
Минимальный ток нагрузки, необходимый для работы датчика синхронизации	5 А
Диапазон рабочих температур устройства контроля и блока сопряжения	-60°C ÷ +70 °C
Относительная влажность воздуха при температуре + 25 °С	до 95 %
Габаритные размеры устройства контроля «PD-Line» (без кабеля), мм	140×40×14
Габаритные размеры блока сопряжения «PD-Line», мм	110×90×35
Кабель U/UTP Cat 5e PE 4x2x0. 52, в металлорукаве, м	15

Скачать документацию по датчикам

Работа и оптимизация емкостного датчика

Техническое примечание емкостного датчика LT03-0020

Авторские права © 2012 Lion Precision. www.lionprecision.com

Сводка

В этой технической заметке рассматриваются концепции и теория емкостного измерения, помогающие оптимизировать характеристики емкостного датчика. Он также определяет термины емкостного считывания, используемые в литературе и руководствах Lion Precision.

Емкость и расстояние

Бесконтактные емкостные датчики работают путем измерения изменений электрического свойства, называемого емкостью.Емкость описывает, как два проводящих объекта с промежутком между ними реагируют на приложенную к ним разность напряжений. Когда к проводникам прикладывается напряжение, между ними создается электрическое поле, заставляющее положительные и отрицательные заряды накапливаться на каждом объекте (рис. 1). Если полярность напряжения поменять местами, заряды также поменяются местами.

Емкостные датчики используют переменное напряжение, которое заставляет заряды постоянно менять свое положение. Перемещение зарядов создает переменный электрический ток, который регистрируется датчиком (рис.2). Сумма

протекание тока определяется емкостью, а емкость определяется площадью и близостью проводящих объектов. Более крупные и близкие объекты вызывают больший ток, чем более мелкие и удаленные объекты. На емкость также влияет тип непроводящего материала в зазоре между объектами.

С технической точки зрения, емкость прямо пропорциональна площади поверхности объектов и диэлектрической проницаемости материала между ними и обратно пропорциональна расстоянию между ними (рис.3).

Рис. 1 Приложение напряжения к проводящим объектам вызывает накопление положительных и отрицательных зарядов на каждом объекте. Это создает электрическое поле в пространстве между объектами

Рис. 2 Подача переменного напряжения заставляет заряды перемещаться вперед и назад между объектами, создавая переменный ток, который обнаруживается датчиком.

Рисунок 3 Емкость определяется площадью, расстоянием и диэлектрической проницаемостью (материалом между проводниками).Емкость увеличивается при увеличении площади или диэлектрической проницаемости, а емкость уменьшается при увеличении расстояния.

В типичных емкостных измерениях зонд или датчик является одним из проводящих объектов; целевой объект – другой. (Использование емкостных датчиков для обнаружения пластмасс и других изоляторов обсуждается в разделе непроводящих мишеней.) Размеры сенсора и мишени считаются постоянными, как и материал между ними.Следовательно, любое изменение емкости является результатом изменения расстояния между зондом и целью. Электроника откалибрована для создания определенных изменений напряжения для соответствующих изменений емкости. Эти напряжения масштабируются для представления конкретных изменений расстояния. Величина изменения напряжения при заданном изменении расстояния называется чувствительностью. Обычная настройка чувствительности составляет 1,0 В / 100 мкм. Это означает, что на каждые 100 мкм изменения расстояния выходное напряжение изменяется ровно на 1.0V. При этой калибровке изменение выходного сигнала на +2 В означает, что цель переместилась на 200 мкм ближе к датчику.

Фокусировка электрического поля

Когда к проводнику прикладывается напряжение, электрическое поле исходит от каждой поверхности. В емкостном датчике чувствительное напряжение прикладывается к чувствительной области зонда (рис. 4, 5).

Для точных измерений электрическое поле из зоны зондирования должно удерживаться в пространстве между зондом и целью.Если электрическому полю разрешено распространяться на другие предметы или другие области на цели, то изменение положения другого предмета будет измеряться как изменение положения цели.

Для предотвращения этого используется техника, называемая «охрана». Чтобы создать защиту, задняя и боковые стороны чувствительной области окружены другим проводником, который поддерживает то же напряжение, что и сама чувствительная область (рис. 4, 6).

Когда напряжение подается на чувствительную область, отдельная цепь прикладывает точно такое же напряжение к ограждению.Поскольку нет разницы в напряжении между чувствительной областью и защитой, между ними нет электрического поля. Любые другие проводники, расположенные рядом с датчиком или за ним, образуют электрическое поле с защитой вместо чувствительной области. Только неохраняемая передняя часть зоны обнаружения может образовывать электрическое поле с целью.

Рисунок 4 Компоненты емкостного датчика

Рис. 5 Вид в разрезе, показывающий электрическое поле незащищенной зоны зондирования

Рис. 6 В разрезе, показывающее защитное поле, формирующее электрическое поле чувствительной области

Влияние размера объекта

Целевой размер является основным фактором при выборе датчика для конкретного приложения.Когда чувствительное электрическое поле фокусируется защитой, оно создает слегка коническое поле, которое является проекцией чувствительной области. Минимальный диаметр мишени для стандартной калибровки составляет 130% диаметра чувствительной области. Чем дальше зонд находится от цели, тем больше минимальный размер цели.

Диапазон измерения

Диапазон, в котором полезен зонд, зависит от размера чувствительной области. Чем больше площадь, тем больше диапазон.Электроника драйвера рассчитана на определенную емкость датчика. Следовательно, зонд меньшего размера должен быть значительно ближе к цели, чтобы достичь желаемой емкости. Электроника регулируется во время калибровки, но диапазон регулировки ограничен.
Как правило, максимальный зазор, при котором может использоваться зонд, составляет примерно 40% диаметра чувствительной области. При стандартной калибровке зазор обычно значительно меньше.

Многоканальное зондирование

Часто цель измеряется одновременно несколькими датчиками.Поскольку система измеряет изменяющееся электрическое поле, напряжение возбуждения для каждого зонда должно быть синхронизировано, иначе зонды будут мешать друг другу. Если бы они не были синхронизированы, один зонд пытался бы увеличить электрическое поле, а другой пытался бы его уменьшить, давая ложные показания.

Электроника драйвера может быть сконфигурирована как ведущая или ведомая. Мастер устанавливает синхронизацию для подчиненных в многоканальных системах.

Влияние материала мишени

Чувствительное электрическое поле ищет проводящую поверхность.При условии, что цель является проводником, на емкостные датчики не влияет конкретный целевой материал. Поскольку электрическое поле измерения останавливается на поверхности проводника, толщина цели не влияет на измерение. .

Измерение непроводников

Рис. 7
Непроводники можно измерить, пропустив через них электрическое поле к неподвижной проводящей цели позади.

Емкостные датчики чаще всего используются для измерения изменения положения проводящей цели.Но емкостные датчики также могут быть эффективны при измерении присутствия, плотности, толщины и местоположения непроводников. Непроводящие материалы, такие как пластик, имеют диэлектрическую проницаемость, отличную от диэлектрической проницаемости воздуха. Диэлектрическая постоянная определяет, как непроводящий материал влияет на емкость между двумя проводниками. Когда между зондом и неподвижной эталонной целью вставляется непроводящий провод, чувствительное поле проходит через материал к заземленной цели (рис. 7). Присутствие непроводящего материала изменяет диэлектрик и, следовательно, изменяет емкость.Емкость будет меняться в зависимости от толщины или плотности материала.

Максимальная точность

Теперь, когда мы обсудили основы того, как работает емкостное зондирование, мы можем разработать стратегии для максимизации эффективности и минимизации ошибок при использовании емкостных датчиков. Точность требует, чтобы измерения проводились в тех же условиях, в которых был откалиброван датчик. Независимо от того, откалиброван ли это датчик на заводе или датчик, откалиброванный во время использования, воспроизводимые результаты получаются из повторяемых условий.Если мы хотим, чтобы на измерение влияло только расстояние, тогда все другие переменные должны быть постоянными. В следующих разделах обсуждаются распространенные источники ошибок и способы их минимизации.

Максимальная точность: размер цели

Рис. 9
Цель заниженного размера приводит к тому, что поле считывания распространяется по сторонам цели, что приводит к ошибке

Если не указано иное, заводские калибровки выполняются с плоской проводящей мишенью, размер которой значительно превышает размер чувствительной области.Датчик, откалиброванный таким образом, даст точные результаты при измерении плоской цели более чем на 30% больше, чем область измерения. Если целевая область слишком мала, электрическое поле начнет охватывать стороны цели, что означает, что электрическое поле распространяется дальше, чем это было при калибровке, и будет измерять цель как можно дальше (рис. 9). В этом случае датчик должен быть ближе к цели для той же нулевой точки. Поскольку это расстояние отличается от исходной калибровки, будет внесена ошибка.Ошибка возникает также из-за того, что зонд больше не измеряет плоскую поверхность.

Если расстояние между зондом и целью считается осью Z, то дополнительная проблема малоразмерной цели заключается в том, что датчик становится чувствительным к местоположению зонда по осям X и Y. Без изменения зазора выходной сигнал значительно изменится, если зонд перемещается либо по оси X, либо по оси Y, потому что меньше электрического поля идет к центру цели, а больше – по сторонам.

Повышение точности: форма цели

Рис. 10 Изогнутая цель требует, чтобы зонд был ближе, и это повлияет на чувствительность

Форма также важна. Поскольку датчики откалиброваны для плоской цели, измерение цели с изогнутой поверхностью вызовет ошибки (рис. 10). Поскольку зонд будет измерять среднее расстояние до цели, зазор при нулевом напряжении будет отличаться от того, когда система была откалибрована. Также будут внесены ошибки из-за различного поведения электрического поля с искривленной поверхностью.В случаях, когда необходимо измерить неплоскую цель, система может быть откалибрована на заводе-изготовителе до окончательной формы цели. В качестве альтернативы, когда используются плоские калибровки с изогнутыми поверхностями, могут быть предусмотрены множители для корректировки измеренного значения.

Максимальная точность: чистота поверхности

Если целевая поверхность не идеально гладкая, система будет усреднять по площади, покрытой размером пятна датчика. Значение измерения может изменяться при перемещении зонда по поверхности из-за изменения среднего положения поверхности.Величина этой ошибки зависит от характера и симметрии неровностей поверхности.

Максимальная точность: параллельность

Во время калибровки поверхность датчика параллельна целевой поверхности. Если зонд или цель наклоняются на значительную величину, форма пятна, в котором поле попадает в цель, удлиняется и изменяет взаимодействие поля с целью. Из-за различного поведения электрического поля будут внесены ошибки измерения.При высоких разрешениях даже несколько градусов могут привести к ошибке. При проектировании приспособления для измерения необходимо учитывать параллельность.

Максимальная точность: окружающая среда

Системы емкостных датчиков

Lion Precision имеют компенсацию для минимизации дрейфа из-за температуры от 22 ° C до 35 ° C (72 ° F – 95 ° F). В этом диапазоне температур погрешность составляет менее 0,5% от полной шкалы.

Более неприятная проблема заключается в том, что практически все материалы, используемые в мишенях и приспособлениях, демонстрируют значительное расширение и сжатие в этом диапазоне температур.Когда это происходит, изменения измерения, связанные с температурой, не являются ошибкой датчика. Это реальные изменения зазора между целью и зондом. Тщательная конструкция приспособлений имеет большое значение для минимизации этой ошибки и повышения точности.

На диэлектрическую проницаемость воздуха влияет влажность. С увеличением влажности увеличивается диэлектрическая проницаемость. Влажность также может взаимодействовать с материалами конструкции зонда. Экспериментальные данные показывают, что изменение от 50% до 80% может привести к ошибкам до 0.5% от полной шкалы.

В то время как материалы датчиков Lion Precision выбраны для минимизации этих ошибок, в приложениях, требующих максимальной точности, контроль температуры и влажности является стандартной практикой. Международные стандарты определяют, что измерения должны проводиться при 20 ° C или с поправкой на «истинную длину» при 20 ° C.

Заводская калибровка

Система калибровки емкостного датчика

Lion Precision была разработана в сотрудничестве с Professional Instruments, мировым лидером в разработке шпинделей и ползунов с воздушными подшипниками.Его современный дизайн обеспечивается прецизионной электроникой управления движением с погрешностью менее 0,012 мкм.
Система калибровки регулярно сертифицируется с помощью прослеживаемого лазерного интерферометра NIST. Измерительное оборудование, используемое во время калибровки (цифровые измерители и генераторы сигналов), также калибруется по прослеживаемым стандартам NIST. Информация о калибровке для каждого из этих единиц оборудования хранится в файле для проверки прослеживаемости.

Технические специалисты используют систему калибровки для точного позиционирования калибровочной мишени на известных расстояниях до емкостного датчика.Измерения в этих точках собираются, а чувствительность и линейность анализируются системой калибровки. Анализ данных используется для настройки калибруемой системы в соответствии со спецификациями заказа.

После калибровки чувствительности и линейности системы емкостных датчиков помещают в камеру окружающей среды, где калибруется схема температурной компенсации для минимизации дрейфа в диапазоне температур от 22 ° C до 35 ° C. Также проводятся измерения полосы пропускания и выходного шума, которые влияют на разрешение.

По завершении калибровки создается сертификат калибровки. Этот сертификат поставляется с заказанной системой и заархивирован. Сертификаты калибровки соответствуют разделу 4.8 ISO 10012-1.

Чувствительность

Чувствительность – наклон линии – это чувствительность; в данном случае 1 В / 0,05 мм.

Чувствительность показывает, насколько изменяется выходное напряжение в результате изменения зазора между целью и емкостным датчиком.Обычная чувствительность составляет 1 В / 0,1 мм. Это означает, что на каждые 0,1 мм изменения зазора выходное напряжение будет изменяться на 1 В. Когда выходное напряжение отображается в зависимости от размера зазора, наклон линии представляет собой чувствительность.

Ошибка чувствительности

Ошибка чувствительности – крутизна фактических измерений отклоняется от идеальной.

Чувствительность датчика устанавливается при калибровке. Когда чувствительность отклоняется от идеального значения, это называется ошибкой чувствительности, ошибкой усиления или ошибкой масштабирования.Поскольку чувствительность – это наклон линии, ошибка чувствительности обычно выражается в процентах от наклона; сравнение идеального уклона с фактическим уклоном.

Ошибка смещения

Ошибка смещения возникает, когда постоянное значение добавляется к

.

Ошибка смещения – ко всем измерениям добавляется постоянное значение.

выходное напряжение системы. Системы емкостных датчиков обычно обнуляются во время настройки, что устраняет любые отклонения смещения от исходной калибровки.Однако, если ошибка смещения изменится после обнуления системы, в измерение будет внесена ошибка. Изменение температуры является основным фактором ошибки смещения. В системах Lion Precision предусмотрена компенсация погрешностей смещения, связанных с температурой, чтобы они не превышали 0,04% F.S. / ° C.

Ошибка линейности

Ошибка линейности – данные измерения не на прямой линии.

Чувствительность может незначительно отличаться между любыми двумя точками данных. Это изменение называется ошибкой линейности.Спецификация линейности – это измерение того, насколько выходной сигнал отличается от прямой линии.

Для расчета погрешности линейности данные калибровки сравниваются с прямой линией, которая наилучшим образом соответствует точкам. Эта прямая опорная линия рассчитывается на основе данных калибровки с использованием метода, называемого подгонкой по методу наименьших квадратов. Величина ошибки в точке калибровочной кривой, наиболее удаленной от этой идеальной линии, является ошибкой линейности. Ошибка линейности обычно выражается в процентах от полной шкалы.Если ошибка в наихудшей точке составляла 0,001 мм, а полный диапазон калибровки составлял 1 мм, ошибка линейности составила бы 0,1%.
Обратите внимание, что ошибка линейности не учитывает ошибки чувствительности. Это только мера прямолинейности линии, а не ее наклон. Система с грубыми ошибками чувствительности может быть очень линейной.

Диапазон ошибок

Диапазон ошибок учитывает комбинацию ошибок линейности и чувствительности. Это измерение абсолютной погрешности наихудшего случая в калиброванном диапазоне.Полоса ошибок рассчитывается путем сравнения выходных напряжений в определенных зазорах с их ожидаемым значением. Наихудшая ошибка из этого сравнения указана как диапазон ошибок системы.

Зазор (мм)	Ожидаемое Значение (В постоянного тока)	Фактическое Значение (В постоянного тока)	Ошибка (мм)
0.50	-10,000	-9,800	-0,010
0,75	-5,000	-4,900	-0,005
1,00	0,000	0,000	0,000
1,25	5.000	5.000	0,000
1,50	10.000	10,100	0,005

Диапазон ошибок – наихудшее отклонение измеренных значений от ожидаемых значений в калибровочной таблице.В этом случае полоса погрешности составляет -0,010 мм.

Пропускная способность

Полоса пропускания определяется как частота, при которой выходной сигнал падает до -3 дБ. Эта частота также называется частотой среза. Падение уровня сигнала на -3 дБ соответствует примерно 70% падению фактического выходного напряжения. При полосе пропускания 15 кГц изменение ± 1 В на низкой частоте приведет только к изменению ± 0,7 В при 15 кГц. В дополнение к обнаружению высокочастотного движения быстродействующие выходы максимизируют запас по фазе при использовании в системах обратной связи сервоуправления.Некоторые драйверы предоставляют возможность выбора полосы пропускания для максимального увеличения разрешения или времени отклика.

Разрешение

Рисунок 14
Шум от датчика 15 кГц

Разрешение определяется как наименьшее надежное измерение, которое может выполнить система. Разрешение измерительной системы должно быть лучше, чем конечная точность, требуемая для измерения. Если вам нужно знать размер в пределах 0,02 мкм, то разрешение измерительной системы должно быть лучше 0.02 мкм.
Основным определяющим фактором разрешения являются электрические помехи. Электрический шум появляется в выходном напряжении, вызывая небольшие мгновенные ошибки на выходе. Даже когда зазор между зондом и мишенью совершенно постоянен, выходное напряжение драйвера имеет небольшой, но измеримый шум, который, казалось бы, указывает на то, что зазор изменяется. Этот шум присущ электронным компонентам, и его можно только минимизировать, но никогда не устранить.
Если драйвер имеет выходной шум 0.002V с чувствительностью 10 В / 1 мм, тогда он имеет выходной шум 0,000,2 мм (0,2 мкм). Это означает, что в любой момент на выходе может быть ошибка 0,2 мкм.

Рисунок 15
Шум от датчика 100 Гц

Количество шума на выходе напрямую связано с полосой пропускания. Вообще говоря, шум распределяется равномерно в широком диапазоне частот. Если более высокие частоты фильтруются перед выходом, результатом будет меньше шума и лучшее разрешение (рис.14, 15). При изучении спецификаций разрешения очень важно знать, к какой полосе пропускания применяются спецификации. Ознакомьтесь с нашей полной статьей о взаимосвязи между разрешением и пропускной способностью и о том, как быть уверенным, что вы получаете точную информацию из таблиц.

Емкостный принцип работы

Определения:

НЕТ (нормально разомкнутый): Релейный выход, запрещающий разомкнуть ток, когда исполнительный механизм отсутствует и закрывается, позволяя текущий поток при наличии привода.

NC (нормально замкнутый): Релейный выход, который замкнут, позволяя протекание тока при отсутствии привода и запрещение открывания текущий поток при наличии привода.

НПН Выход: Транзисторный выход, который переключает общий или отрицательное напряжение на нагрузке. Нагрузка подключается между положительное питание и выход.Текущие потоки из нагрузка через выход на землю, когда выход переключателя на. Также известен как снижение тока или отрицательное переключение.

PNP Выход: Транзисторный выход, переключающий положительное напряжение. к нагрузке. Нагрузка подключается между выходом и общим. Ток течет от выхода устройства через нагрузку к заземление при включенном выходе переключателя.Также известен как текущий источник или положительное переключение.

Эксплуатация Distance (Sn): Максимальное расстояние от датчика до квадратный кусок железа (Fe 37), толщиной 1 мм со сторонами = до диаметр чувствительной поверхности, который вызовет изменение на выходе датчика. Расстояние уменьшится для других материалы и формы. Испытания проводятся при 20ºC с источник постоянного напряжения.Это расстояние действительно включает ± Допуск изготовления 10%.

Мощность Supply: Диапазон напряжения питания, в котором будет работать датчик. в.

Макс Ток переключения: Допустимая величина постоянного тока протекать через датчик, не вызывая повреждения датчика. Это максимальное значение.

мин. Ток переключения: Это минимальное значение тока, которое должен протекать через датчик, чтобы гарантировать работу.

Макс Пиковый ток: Максимальный пиковый ток указывает на максимум текущее значение, которое датчик может выдержать в течение ограниченного периода времени времени.

Остаточный Ток: Ток, протекающий через датчик при он находится в открытом состоянии.

Мощность Сток: Величина тока, необходимая для работы датчика.

Напряжение Падение: Падение напряжения на датчике при движении максимальная загрузка.

Короткий Защита цепи: Защита от повреждения датчика если нагрузка закорочена.

Эксплуатация Частота: Максимальное количество циклов включения / выключения, которое устройство способно за одну секунду.Согласно EN 50010, этот параметр измеряется динамическим методом, показанным на инжир. 1 с датчиком в положениях (a) и (b). S – операционная расстояние, а м – диаметр датчика. Частота дается формулой на рис. 2.

Повторяемость (% Sn): Разница между любыми значениями рабочего расстояния Измеряется за 8 часов при температуре от 15 ° C -30ºC и напряжение питания с отклонением <= 5%.

Гистерезис (% Sn): Расстояние между точкой «включения» приближение исполнительного механизма и точка «выключения» привод отступает. Это расстояние снижает количество ложных срабатываний. Его значение выражается в процентах от рабочего расстояния. или расстояние. См. Рис.3

Промывка Монтаж: Для монтажа рядом с моделями для скрытого монтажа см. рис.4а. Модели без скрытого монтажа можно встраивать в металл согласно рис. 4б. бок о бок см. на рис. 4c. Sn = рабочее расстояние.

Защита Степень: Степень защиты корпуса согласно IEC (Международная электротехническая комиссия):
IP 65: пыленепроницаемость. Защита от водяных струй.
IP 67: пыленепроницаемость. Защита от воздействия погружения

Емкостные датчики приближения

Промышленные датчики, такие как емкостный датчик приближения, используются для измерения положения, смещения или близости объекта, обычно используются в различных приложениях управления производственными предприятиями.Их можно применять для проверки и мониторинга продуктов и инструментов, управления системами машин и позиционирования движущихся частей. Датчики приближения, которые измеряют смещение и угловое или линейное движение, также часто используются в качестве датчиков безопасности и для настройки оперативных средств управления в области формования, упаковки, печати, а также пищевой и химической обработки. Эти устройства способны обнаруживать и отслеживать близость объекта к заданной границе, не касаясь объекта физически. Таким образом, эти устройства называются бесконтактными датчиками.Чтобы узнать больше о других типах датчиков, см. Соответствующее руководство «Датчики – полное руководство (типы, приложения и поставщики)».

Емкостные датчики приближения по функциям аналогичны индуктивным датчикам, но имеют определенные уникальные конструктивные характеристики и рабочие параметры. Они основаны на принципе емкости для обнаружения мелких объектов и могут работать как с проводящими (металлическими), так и с неметаллическими материалами, включая неподготовленные механические поверхности и предметы, движущиеся по конвейеру.Обычно корпус имеет форму небольшого цилиндра с электродами и проводкой на концах. Выходной сигнал емкостного датчика приближения обычно передается как замыкание контакта или импульс, который активируется, когда объект достигает определенного порога расстояния.

Принцип работы емкостного датчика приближения

Емкостные датчики приближения полагаются на способность объектов удерживать электрический заряд, даже если объект не является проводящим. Емкость – это мера количества заряда, который может храниться при приложении приложенного напряжения.Датчик работает, регистрируя изменение емкости, которое происходит, когда объект (обычно называемый «целью») приближается к датчику.

Типичный конденсатор состоит из двух пластин, разделенных изолятором, также известным как диэлектрик. Изолирующий диэлектрик может быть из различных материалов, включая керамику, бумагу, пластик или даже воздух. Внутри емкостного датчика приближения находится одна пластина конденсатора – мишень служит другой пластиной. Воздушный зазор между датчиком и мишенью выполняет роль диэлектрика.Пластина, которая находится внутри датчика, подключена к цепи генератора, которая используется для создания электростатического поля. При отсутствии цели схема генератора не срабатывает. По мере приближения цели к датчику амплитуда колебаний увеличивается, поскольку датчик обнаруживает цель, это вызывает изменение количества заряда, который может храниться на внутренней пластине, что изменяет это значение емкости. Как только колебания превышают пороговое значение, устанавливается триггер, который генерирует выходной сигнал от датчика, который указывает, что цель приблизилась в пределах установленного диапазона активации.Возможность накапливать заряд зависит от расстояния между этими двумя пластинами, которое можно отрегулировать, чтобы установить определенный диапазон активации. В датчике приближения одна пластина служит переключателем, другая – целью обнаружения, а поверхность датчика – изолятором. Уровни тока уменьшаются с увеличением расстояния, что является обратным параметрам индуктивного датчика. Многие датчики имеют винт или регулировку, которые могут устанавливать чувствительность устройства, что может быть полезно, например, для обнаружения полных или пустых контейнеров.

Для получения дополнительной информации о физике конденсаторов посетите страницу конденсаторов Университета штата Джорджия.

Конструкция емкостного датчика приближения

Подобно индукционным датчикам, емкостные датчики приближения обычно состоят из четырех групп компонентов: датчика, схемы генератора, схемы детектора и твердотельной выходной цепи. Хотя эти компоненты могут быть расположены в нескольких различных конфигурациях, цилиндрический формат является наиболее распространенным. Он состоит из двух концентрических электродов, прикрепленных к торцевой поверхности цилиндра, и двух концентрических металлических колец на активной чувствительной поверхности, выход которых выражается в виде напряжения, замыкания контакта или аналоговых сигналов.Когда объект приближается к датчику, связь электродов увеличивается, вызывая срабатывание схемы генератора. Колебания регистрируются детекторной схемой, которая активирует твердотельную схему для выдачи выходного сигнала в соответствии с уровнем амплитуды. Проводящие объекты аналогичного размера обычно обнаруживаются на одном и том же расстоянии, в то время как дальность обнаружения для изолирующих объектов зависит от диэлектрической проницаемости.

Основные характеристики емкостных датчиков

Как для емкостных, так и для индуктивных датчиков приближения гистерезис является важной рабочей характеристикой.Гистерезис определяется разницей между чувствительной поверхностью и расстоянием обнаружения цели, а также чувствительной поверхностью и расстоянием до цели. Эти черты определяют границу между обнаружением и отсутствием обнаружения объекта. Но, несмотря на их сходство с индуктивными датчиками, емкостные датчики имеют ряд отличительных особенностей, в том числе:

• Способность обнаруживать неметаллические предметы.
• Способность обнаруживать небольшие легкие предметы, которые не могут быть захвачены механическими концевыми выключателями.
• Твердотельный выход, сигнал контакта которого не дергается.
• Высокая частота переключения, обеспечивающая быструю реакцию в приложениях для подсчета объектов.
• Способность обнаруживать жидкие цели через определенные преграды.
• Длительный срок службы.

Хотя емкостные датчики приближения полезны для ряда приложений, на них могут отрицательно повлиять повышенные уровни влажности и влажности. Кроме того, их поле восприятия должно быть относительно широким, чтобы обеспечить эффективное обнаружение.

Диапазон емкостного срабатывания

Емкостные датчики приближения обычно имеют больший диапазон чувствительности, чем их индуктивные аналоги, и обычно составляют от 5 до 40 миллиметров. Расстояние обнаружения зависит от диаметра пластины, поскольку емкостные датчики измеряют диэлектрические зазоры. Многие емкостные датчики приближения оснащены элементами управления чувствительностью для диапазона срабатывания, что позволяет им компенсировать целевой объект и условия применения.

Основные характеристики

Емкостные датчики приближения обычно указываются на основе основных технических характеристик и параметров, показанных ниже.Спецификации зависят от производителя, и поставщики могут использовать несколько иные спецификации для описания своих продуктов. Информация, представленная ниже, предназначена для общего ознакомления и должна позволить разработчику подготовиться к дальнейшим обсуждениям с поставщиками, сосредоточенным на потребностях приложения.

• Расстояние срабатывания – указывает диапазон, на котором устройство обнаружит цель.
• Тип или стиль монтажа – описывает метод, с помощью которого датчик предназначен для установки в его рабочей среде.Примеры типов монтажа стилей включают монтаж на кронштейне, скрытый монтаж, монтаж на кабеле, монтаж на панели, монтаж на вилке или винт. Типы резьбы включают конфигурации резьбы M5, M8, M12, M18, M20 и M30.
• Конфигурация выхода – указывает варианты выхода датчика. Доступные общие параметры включают нормально закрытый (NC), нормально открытый (NO), I ² C, аналоговый ток, аналоговое напряжение, NPN, PNP или SCR (см. Также терминологию и определения ниже).
• Материал корпуса – описывает материал, используемый для формирования корпуса датчика, который может включать полимер, такой как ABS, PVC, PA, PTFE, или металлы, такие как алюминий, латунь, никелированная латунь, нержавеющая сталь или цинковая матрица. -В ролях.
• Напряжение питания – указывает рабочее напряжение устройства, а также переменный или постоянный ток на входе.
• Диапазон рабочих температур – предоставляет минимальные и максимальные значения температуры, на которые рассчитан датчик.
• Тип корпуса – указывает тип корпуса, в котором размещен датчик. Обычно доступные типы корпусов включают цилиндры с резьбой, шайбы и SMD (устройства для поверхностного монтажа).
• Тип клеммы – указывает тип клеммных соединений на датчике для входной мощности и выходного сигнала.Винтовые клеммы, порт USB, выводы кабеля или кабель с разъемами являются примерами опций.
Код
• защиты от проникновения (IP) – также известный как международный рейтинг защиты, этот код представляет собой двузначный код, следующий за буквами IP с необязательной буквой. Система кодов предназначена для отражения степени защиты, которую механическая упаковка или электрические корпуса обеспечивают устройству от проникновения твердых тел и жидкостей в окружающую среду, включая случайный контакт со стороны персонала.Первая цифра означает защиту от твердых тел, а вторая цифра означает защиту от жидкостей. Более высокие цифры в каждом случае означают большую степень защиты. В таблице ниже показан номер IP и описание уровня защиты, связанного с каждым уникальным кодом.

IP-номер	Первая цифра – Защита от твердых частиц	Вторая цифра – Защита от жидкостей
IP00	Не защищен от твердых частиц.	Не защищен от жидкостей.
IP01	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от конденсата.
IP02	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP03	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP04	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP05	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP06	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP07	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP08	Не защищен от твердых частиц.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP10	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Не защищен от жидкостей.
IP11	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от конденсата.
IP12	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP13	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP14	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP15	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP16	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP17	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP18	Защищено от прикосновения руками больше 50 миллиметров.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP20	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Не защищен от жидкостей.
IP21	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от конденсата.
IP22	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP23	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP24	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP25	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP26	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP27	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP28	Защищено от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP30	Защищено от инструментов и проводов более 2.5 миллиметров.	Не защищен от жидкостей.
IP31	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от конденсата.
IP32	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP33	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP34	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP35	Защищено от инструментов и проводов более 2.5 миллиметров.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP36	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP37	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP38	Защищено от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP40	Защищено от инструментов и тонких проводов диаметром более 1 миллиметра.	Не защищен от жидкостей.
IP41	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от конденсата.
IP42	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP43	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP44	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP45	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP46	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP47	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP48	Защищено от инструментов и проволоки диаметром более 1 миллиметра.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP50	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Не защищен от жидкостей.
IP51	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от конденсата.
IP52	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP53	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP54	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP55	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP56	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP57	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP58	Защищено от ограниченного проникновения пыли.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP60	Защищено от полного попадания пыли.	Не защищен от жидкостей.
IP61	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от конденсата.
IP62	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP63	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP64	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных брызг с любого направления.
IP65	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от струй воды под низким давлением с любого направления.
IP66	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от водяных струй под высоким давлением с любого направления.
IP67	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP68	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от длительного погружения в воду до определенного давления.
IP69K	Защищено от полного попадания пыли.	Защищено от пароструйной очистки.

Кредит стола: http: // www.dsmt.com/resources/ip-rating-chart/

Терминология и определения

Ниже приводится краткое изложение соответствующей терминологии и определений, связанных с емкостными датчиками приближения.

• Нормально разомкнутый (NO) – датчик, выходным состоянием которого является разомкнутая цепь, когда в диапазоне обнаружения нет цели, и который замкнут, когда цель обнаружена.
• Нормально замкнутый (NC) – датчик, выход которого замкнут, позволяя течь току, когда в зоне срабатывания нет цели, который переключается в открытое состояние при обнаружении цели.
Выход
• NPN – также называемый выходом со стоком или стоком, это тот выход, при котором определение цели запускает переключение общего или отрицательного напряжения на нагрузку, так что ток течет от нагрузки через выход на землю, когда релейный выход включен.
Выход
• PNP – также известный как источник тока или выход источника, это тот, в котором обнаружение цели приводит к протеканию тока через выход устройства через нагрузку на землю, когда выход переключателя включен.
• Расстояние срабатывания (рабочее расстояние) S _n – определяется как максимальное расстояние от датчика до квадратного куска железа толщиной 1 мм, стороны которого параллельны лицевой стороне датчика, при котором датчик запускает обнаружение.
• Повторяемость – представляет собой изменчивость наблюдаемых измерений расстояния срабатывания или рабочего расстояния, выполненных в течение 8-часового периода при рабочей температуре от 15 ^до ° C и 30 ^{° C до} ° C и с отклонением напряжения питания ≤ 5%.
• Гистерезис – мера расстояния между точкой, в которой датчик запускает обнаружение цели при ее приближении, и точкой, в которой датчик отключается при отступлении цели.

Резюме

В этой статье представлена ​​информация о емкостных датчиках приближения, включая их сущность, принцип действия, особенности и основные характеристики. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. http://www.fargocontrols.com/sensors/capacitive_op.html#:~:text=Capacitive%20Operating%20Principles&text=Capacitive%20proximity%20sensors%20are%20used,and%20the%20object%20being%20detected.
2. https://www.pc-control.co.uk/Capacitive.htm
3. https://www.motioncontroltips.com/what-are-capacitive-proximity-sensors/
4. https://automation-insights.blog/2017/06/07/what-is-a-capacitive-sensor/#:~:text=Capacitive%20proximity%20sensors%20are%20non,active%20face%20of%20the % 20sensor.
5. http://www.dsmt.com/resources/ip-rating-chart/
6. https://www.alliedelec.com/proximity-sensors/capacitive-proximity-sensors/
7. https://www.automationdirect.com/adc/overview/catalog/sensors_-z-_encoders/capacitive_proximity_sensors/12mm_round_industrial_automation

Прочие датчики Артикулы

Больше от Instruments & Controls

Все подробности принципа работы и применения емкостного датчика приближения

В этом блоге мы обсудим принцип работы емкостных датчиков приближения, их широкое применение в промышленности и их использование в коммерческих целях.

Что такое емкостный датчик приближения?

Емкостные датчики приближения обнаруживают изменения емкости между обнаруживаемым объектом и датчиком. Судя по названию, емкостные датчики приближения работают, регистрируя изменение емкости, считываемой датчиком.

Величина емкости зависит от размера и расстояния до объекта обнаружения. Обычный емкостный датчик приближения похож на конденсатор с двумя параллельными пластинами, где определяется емкость двух пластин.

Одна из пластин – это измеряемый объект (с воображаемой землей), а другая – чувствительная поверхность датчика. Он обнаруживает изменения мощности, возникающей между этими двумя полюсами. Обнаружение объекта зависит от их диэлектрической проницаемости, но помимо металлов они содержат смолу и воду.

ДОЛЖЕН ПРОЧИТАТЬ:

Принцип работы емкостного датчика приближения

Емкостной датчик приближения состоит из высокочастотного генератора и чувствительной поверхности, образованной двумя металлическими электродами.Когда объект приближается к чувствительной поверхности, он попадает в электростатическое поле электродов и изменяет емкость генератора.

В результате схема генератора начинает колебаться и изменяет выходное состояние датчика, когда оно достигает определенной амплитуды. По мере удаления объекта от датчика амплитуда осциллятора уменьшается, возвращая датчик в исходное состояние.

Типичный диапазон чувствительности емкостных датчиков приближения составляет от нескольких миллиметров до примерно 1 дюйма.(или 25 мм), а некоторые датчики имеют расширенный диапазон до 2 дюймов. Однако емкостные датчики действительно хороши в приложениях, где они должны обнаруживать объекты через какой-либо материал, например мешок, мусорное ведро или коробку. Они могут отключать неметаллические контейнеры и могут быть настроены или настроены на обнаружение различных уровней жидкостей или твердых материалов.

Емкостной датчик приближения определяет большую диэлектрическую проницаемость цели. Это делает возможным обнаружение материалов внутри неметаллических контейнеров, поскольку жидкость имеет гораздо более высокую диэлектрическую проницаемость, чем контейнер, что дает датчику возможность видеть сквозь контейнер и обнаруживать жидкость.

Для оптимальной работы их следует использовать в среде с относительно постоянной температурой и влажностью.

При работе с непроводящими целями расстояние срабатывания определяется тремя факторами.

• Размер активной поверхности датчика – чем больше чувствительная поверхность, тем больше расстояние срабатывания
• Емкостные свойства материала целевого объекта, также называемые диэлектрической постоянной – чем выше постоянная, тем больше расстояние срабатывания
• Площадь поверхности обнаруживаемого объекта – чем больше площадь поверхности, тем больше расстояние обнаружения

Прочие факторы, минимально влияющие на расстояние срабатывания

• Температура
• Скорость целевого объекта

Точка, в которой датчик приближения распознает приближающуюся цель, – это рабочая точка .Точка, в которой исходящая цель заставляет устройство переключиться обратно в нормальное состояние, – это точка освобождения . Область между точкой срабатывания и точкой срабатывания – зона гистерезиса .

Большинство датчиков приближения оснащено светодиодным индикатором состояния для проверки действия переключения выхода.

Разница между индуктивным и емкостным датчиком приближения:

Индуктивные датчики используют магнитное поле для обнаружения объектов. Емкостные датчики используют электрическое поле.Для того чтобы индуктивный датчик воспринимал объект, он должен быть проводящим. Это ограничивает подходящие цели металлическими объектами (по большей части). Для того, чтобы емкостный датчик распознал цель, необязательно, чтобы она была проводящей.

Емкостной датчик будет реагировать на объект, действующий как диэлектрический материал, а также на проводящий объект. Это делает металлические и неметаллические предметы подходящими мишенями.

Преимущества емкостных датчиков приближения

• Бесконтактное обнаружение
• Широкий спектр материалов может обнаруживать
• Способен обнаруживать объекты через неметаллические стены благодаря широкому диапазону чувствительности
• Подходит для использования в промышленных условиях
• Содержит потенциометр, который позволяет пользователям настраивать чувствительность датчика таким образом, чтобы обнаруживались только требуемые объекты
• Отсутствие движущихся частей, продление срока службы

Недостатки емкостных датчиков приближения

• Относительно низкий диапазон, но с постепенным увеличением от индуктивных датчиков
• Более высокая цена по сравнению с индуктивными датчиками

Емкостная сенсорная технология используется в других сенсорных технологиях, например:

• поток
• давление
• уровень жидкости
• шаг
• толщина
• Обнаружение льда
• угол вала или линейное положение
• Диммерные переключатели
• клавишные переключатели
• x-y планшет
• акселерометры

Надеюсь, эта статья поможет вам понять полный принцип работы емкостного датчика приближения.

Как работают емкостные датчики

Как емкостный Датчики рабочие
и
Как их эффективно использовать.

---

Комплименты Льва Точность. Авторские права и КОПИЯ; 2007 Lion Precision. www.lionprecision.com

Посмотреть полное руководство (www.capacitive-sensing.com)

А емкостный Система измерения

Для измерения размеров емкостного датчика требуются три основных компонентов:

пробник, который использует изменения емкости для определения изменений в расстояние до цели, электроника драйвера
преобразовать эти изменения емкости в изменения напряжения,
устройство для индикации и / или записи результирующее изменение напряжения.

Каждый из этих компонентов является важной частью обеспечения надежной, точные измерения. Геометрия зонда, размер зоны зондирования, а механическая конструкция влияет на дальность, точность и стабильность. Зонд требует, чтобы драйвер создавал изменяющееся электрическое поле. который используется для определения емкости. Производительность электроника драйвера является основным фактором при определении разрешения системы; они должны быть тщательно спроектированы для обеспечения высокой производительности Приложения.Устройство измерения напряжения – последнее звено в системе. Осциллографы, вольтметры и сбор данных системы должны быть правильно выбраны для применения.

Что такое Емкость?
Емкость описывает, как пространство между двумя проводниками влияет на электрическое поле между ними. Если поставить две металлические пластины с промежутком между ними и на один из пластин, между пластинами будет существовать электрическое поле.Этот электрическое поле является результатом разницы между электрическими заряды, которые хранятся на поверхностях пластин. Емкость относится к «способности» двух пластин удерживать это обвинение. Большая емкость способна удерживать больше заряд, чем малая емкость. Сумма существующего заряда определяет, какой ток необходимо использовать для изменения напряжения на тарелке. Это похоже на попытку изменить уровень воды на один дюйм в бочке по сравнению с чашкой кофе.Требуется много воды, чтобы переместить уровень на один дюйм в бочке, но в на кофейную чашку нужно совсем немного воды. Разница в их вместимость.

При использовании емкостный датчик, чувствительной поверхностью зонда является электрифицированная пластина и то, что вы измеряете (цель) другая пластина (мы поговорим об измерении непроводящих цели позже). Электроника драйвера постоянно меняет напряжение на чувствительной поверхности.Это называется возбуждением. Напряжение. Величина тока, необходимая для изменения напряжения. измеряется схемой и указывает величину емкости между зондом и целью. Или, наоборот, фиксированная сумма тока подается в зонд и из него, и в результате изменение напряжения измеряется.

Как емкость Относится к расстоянию
Емкость между двумя пластинами определяется тремя факторами:

Размер пластин: емкость увеличивается с увеличением размера пластин
Размер зазора: уменьшается емкость по мере увеличения зазора
Материал между пластинами ( диэлектрик):
Диэлектрический материал приведет к увеличению емкости или уменьшение в зависимости от материала

В обычном емкостное зондирование, размер сенсора, размер цели, а диэлектрический материал (воздух) остается постоянным.Единственная переменная размер зазора. Исходя из этого предположения, электроника драйвера Предположим, что все изменения емкости являются результатом изменения в размере зазора.

Электроника откалибрована для определенных изменений выходного напряжения. для соответствующих изменений емкости. Эти напряжения равны масштабируется для представления конкретных изменений размера зазора. Количество изменения напряжения для заданной величины изменения зазора называется чувствительность.Обычная настройка чувствительности составляет 1,0 В / 100 мкм. Это означает, что на каждые 100 мкм изменения зазора выходное напряжение изменяется ровно на 1,0 В. С этой калибровкой Изменение выходного напряжения +2 В означает, что цель переместилась на 200 мкм. ближе к зонду.

Фокусировка электрическое поле
Когда к проводнику прикладывается напряжение, возникает электрическое поле. испускается с каждой поверхности.Для точного измерения электрическая поле от емкостного датчика должно содержаться в пределах пространство между чувствительной областью зонда и целью. Если электрическое поле может распространяться на другие предметы или другие области на цели, затем изменение положения другого элемент будет измеряться как изменение положения цели. Чтобы этого не произошло, используется техника, называемая охраной. использовал.Для создания защищенного зонда задняя и боковые стороны датчика окружены другим проводником, который такое же напряжение, как и на самой чувствительной области. Когда возбуждение напряжение подается на чувствительную область, применяется отдельная цепь точно такое же напряжение на охраннике. Потому что нет разницы по напряжению между чувствительной областью и ограждением нет электрическое поле между ними, чтобы вызвать ток.Любые проводники рядом или позади зонда формируют электрическое поле с помощью ограждения вместо чувствительной области. Только неохраняемая передняя часть зона чувствительности позволяет формировать электрическое поле к цели.

Эффекты целевого размера
Размер мишени является основным фактором при выборе зонда. для конкретного приложения. Когда электрическое поле датчика сфокусирован охраной, он создает поле, которое является проекцией размера и формы сенсора.Минимальный диаметр мишени для стандартная калибровка составляет 30% диаметра чувствительной области. Чем дальше зонд от цели, тем больше минимум целевой размер.

Диапазон Измерение
Диапазон, в котором используется емкостной датчик, зависит от функции площади чувствительной поверхности. Чем больше площадь, тем больший диапазон. Электроника драйвера рассчитана на определенное величина емкости на датчике.Следовательно, датчик меньшего размера должен быть значительно ближе к цели для достижения желаемого количество емкости. Электроника регулируется во время калибровка, но есть предел диапазона регулировки.
В общем, максимальный зазор, при котором полезен зонд, составляет приблизительно 40% диаметра чувствительной поверхности. Стандартные калибровки обычно держите разрыв значительно меньше, чем это.

Намного больше доступная информация

Пожалуйста, просмотрите это полное руководство по адресу www.Capsuitive-sensing.com для получения подробной информации. по этим важным темам:

Многоканальное зондирование
Влияние материала объекта
Измерение непроводников
Повышение точности: размер объекта
Повышение точности: форма цели
Максимальная точность: поверхность Finish
Максимальная точность: параллельность
Максимальная точность: окружающая среда

И найдите точные определения для этих важных терминов:

Чувствительность
Ошибка чувствительности
Ошибка смещения
Ошибка линейности
Диапазон ошибок
Ширина полосы
Разрешение
Расчет разрешения

---

Статья опубликована с согласия Lion Precision.
Чтобы получить более подробную информацию о продукции, нажмите здесь …
& КОПИРОВАТЬ; Lion Precision 2007 Все права защищены

Принцип работы емкостного датчика приближения

Привет друзья,

В этой статье я собираюсь обсудить емкостной принцип работы датчика приближения , и мой комментарий увеличит ваш знания по этой теме.

Емкостной датчик приближения определяет наличие объект (обычно называемый целью) без физического контакта.

Они могут обнаруживать как металлические, так и неметаллические цели. Они идеально подходят для контроля уровня жидкости и датчика в порошке или гранулированный материалов.

Емкостной датчик приближения состоит из высокочастотного осциллятор вместе с чувствительной поверхностью, образованной двумя металлическими электродами. Когда объект приближается к чувствительной поверхности, он попадает в электростатическое поле электродов и изменяет емкость генератора.

В результате контур генератора начинает колебаться и изменяет выходное состояние датчика, когда оно достигает определенного амплитуда.Когда объект удаляется от датчика, амплитуда осциллятора уменьшается, возвращая датчик в исходное состояние.

Чем больше диэлектрик постоянная цели, тем проще для емкостного датчика приближения обнаружить. Эта константа делает возможным обнаружение материалов внутри неметаллические емкости, потому что жидкость имеет гораздо более высокую диэлектрическую проницаемость чем сосуд, что дает датчику возможность видеть сквозь сосуд и обнаружить жидкость.

Обычно они имеют короткий диапазон чувствительности около 1 дюйма, независимо от типа обнаруживаемого материала.Имея дело с непроводящими цели, дальность обнаружения увеличивается с увеличением в

• размер чувствительной поверхности датчика.
• площадь поверхности цели.
• диэлектрическая проницаемость мишени.

Для оптимальной работы мы должны использовать их в среде с относительно постоянной температурой и влажностью.

Точка, в которой датчик приближения распознает входящая цель известна как рабочая точка. Точка, в которой исходящий target заставляет устройство вернуться в нормальное состояние, известное как точка выпуска.Область между рабочей точкой и точкой сброса называется зона гистерезиса.

Регулировку чувствительности можно выполнить, отрегулировав потенциометр предусмотрен на датчике. Если у датчика нет регулировочного потенциометра, тогда датчик должен физически перемещать, чтобы получить оптимальное положение для установки.

Оптимальная чувствительность обеспечивает более длительную работу расстояние. Однако работа на сверхчувствительный датчик очень сильно влияют температура, влажность и грязь, и т.п.и может вызвать ложное срабатывание датчика.

Большинство датчиков приближения оснащены светодиодным индикатором состояния. для проверки действия переключения выхода. Емкостные датчики приближения доступны в различных размерах и конфигурациях для различных применений требования.

Одной из самых распространенных форм является ствол, который размещает датчик в металлическом или полимерном корпусе с резьбой на внешней стороне корпус. Благодаря корпусу с резьбой мы можем легко настроить датчик на монтажная рама.

Характеристики емкостного датчика приближения

Основные характеристики емкостной близости датчики как под:

• Они могут обнаруживать неметаллические цели.
• Они могут обнаруживать легкие или мелкие предметы что не может быть обнаружено механическим пределом переключатели.
• Они обеспечивают высокую скорость переключения для быстрого ответ в приложениях для подсчета объектов.
• Они могут обнаруживать жидкие цели через неметаллические преграды (стекло, пластик и др.)).
• Они имеют длительный срок службы с практически неограниченное количество рабочих циклов.
• Твердотельный выход обеспечивает отсутствие дребезга. контактный сигнал.

Типичные области применения емкостных датчиков приближения

• Высокий / низкий уровень жидкости.
• Сухой бак.
• Материал присутствует / отсутствует.
• Товар есть в наличии.
• Кол-во товаров.

Индуктивные датчики приближения используются для обнаружения как черных металлов. и цветные металлы (такие как медь, алюминий и латунь).Индуктивный датчик приближения работает на вихре текущий принцип.

Когда металлический предмет попадает в электромагнитное поле чувствительной головкой в ​​объекте наводятся вихревые токи. Этот текущий вызывает изменение нагрузки генератора, который затем управляет выходом устройство. Мы можем резюмировать работу индуктивного датчика приближения как под:

• Схема генератора генерирует высокочастотное электромагнитное поле, исходящее от наконечника датчика.
• Когда металлическая цель выходит в поле, вихрь в мишени индуцируются токи.
• Вихревые токи в мишени поглощают излучаемую энергия датчика, что приводит к потере энергии и изменению поля сила осциллятора.
• Схема обнаружения датчика контролирует осциллятора и запускает твердотельное выходное устройство при определенном уровень.
• Когда металлический предмет покидает зону обнаружения, осциллятор возвращается к исходному значению.

Важны тип металла и размер мишени. факторы, определяющие эффективный диапазон чувствительности датчика. Железо металлы могут быть обнаружены на расстоянии до 2 дюймов, в то время как большинство цветных металлов требуется меньшее расстояние, обычно в пределах дюйма от устройства.

Типичные области применения индуктивных датчиков приближения

• Обнаружение вращательного движения.
• Индикация нулевой скорости.
• Регулировка скорости.
• Ограничение хода вала.
• Индикация движения.
• Клапан открыт / закрыт.

Спасибо, что прочитали о «принципе работы емкостного датчика приближения». Чтобы узнать больше о датчиках, посетите сайт balluff.com или посмотрите видео.

Также читают

© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы емкостного датчика приближения.

Что такое емкостные датчики приближения?

Базовый датчик приближения используется для определения присутствия предметов или материалов.Что отличает их от других датчиков, так это то, что они не вступают в физический контакт с воспринимаемым объектом, и поэтому они также известны как бесконтактные датчики.

На схеме показана внутренняя конструкция емкостного датчика приближения с внутренней пластиной, подключенной к осциллятору (электроды датчика), а другая – это воспринимаемый объект, который обнаруживается в электрическом поле.

Одним из наиболее распространенных типов датчиков является емкостной датчик приближения. Как следует из названия, емкостные датчики приближения работают, регистрируя изменение емкости, считываемой датчиком.Типичный конденсатор состоит из двух проводящих элементов (иногда называемых пластинами), разделенных каким-то изолирующим материалом, который может быть одного из многих различных типов, включая керамику, пластик, бумагу или другие материалы.

Типичные емкостные датчики приближения, такие как показанные здесь от AutomationDirect, имеют переменные расстояния срабатывания, в данном случае от 2 до 40 мм, и могут обнаруживать металлические и неметаллические объекты. Они также оснащены светодиодными индикаторами состояния, которые помогают легко проверить работу, и имеют степень защиты IP65 и IP67 для использования в экстремальных условиях.

Принцип работы емкостного датчика приближения заключается в том, что один из проводящих элементов или пластин находится внутри самого датчика, а другой является объектом, который необходимо обнаруживать.