Talpiniai jutikliai

Talpinis jutiklis vadinamas parametrinio tipo keitikliu, kuriame išmatuotos vertės pokytis paverčiamas talpos pokyčiu.

Talpinių jutiklių programos

Galimos talpinių jutiklių pritaikymo galimybės yra labai įvairios. Jie naudojami pramoninių procesų reguliavimo ir valdymo sistemose beveik visose pramonės šakose. Talpiniai jutikliai naudojami rezervuarų užpildymui skysčių, miltelių ar granuliuotų medžiagų valdyti, pavyzdžiui, automatinių linijų, konvejerių, robotų, apdirbimo centrų, metalo pjovimo staklių, signalų sistemose, įvairių mechanizmų pozicionavimui ir kt.

Šiuo metu labiausiai paplitę yra artumo (buvimo) jutikliai, kurie, be patikimumo, turi ir daugybę privalumų. Dėl santykinai mažų sąnaudų artumo jutikliai apima platų krypties diapazoną, taikomą visose pramonės šakose. Tipiškos šio tipo talpinių jutiklių naudojimo sritys yra šios:

• plastikinių ar stiklinių tarų pripildymo signalizacija;

• skaidrių pakuočių pripildymo lygio kontrolė;

• ritės trūkimo signalizacija;

• diržo įtempimo reguliavimas;

• bet kokios rūšies dalinė sąskaita ir pan.

Talpiniai tiesiniai ir kampiniai kodavimo įrenginiai yra labiausiai paplitę įrenginiai, plačiai naudojami inžinerijoje ir transporte, statyboje ir energetikoje, įvairiuose matavimo kompleksuose.

Palyginti nauji įrenginiai, kurie pastaraisiais metais buvo plačiai naudojami pramonėje, tapo mažo dydžio talpiniais inklinometrais, kurių elektrinis išėjimo signalas yra proporcingas jutiklio pasvirimo kampui. Pagrindinėmis gali būti laikomos šios nuolydžio matuoklių panaudojimo sritys: naudojimas platformų išlyginimo sistemose, įvairių tipų atramų ir sijų nuokrypių ir deformacijų nustatymas, kelių ir geležinkelių polinkio kampų kontrolė juos tiesiant, remontuojant ir eksploatuojant, automobilių, laivų ir povandeninių robotų, keltuvų ir kranų, ekskavatorių, žemės ūkio technikos riedėjimo nustatymas, įvairių tipų besisukančių objektų - velenų, ratų, pavarų dėžių mechanizmų kampinio poslinkio nustatymas tiek ant stovinčių, tiek ant judančių objektų .

Talpiniai lygio jutikliai naudojami valdymo sistemose, gamybos procesų reguliavime ir valdyme maisto, farmacijos, chemijos, naftos perdirbimo pramonėje. Jie veiksmingi dirbant su skysčiais, biriomis medžiagomis, suspensijomis, klampiomis medžiagomis (laidžiomis ir nelaidžiomis), taip pat esant kondensato, dulkių sąlygoms.

Talpiniai jutikliai taip pat naudojami įvairiose pramonės šakose absoliučiam ir manometriniam slėgiui, dielektrinių medžiagų storiui, oro drėgmei, deformacijai, kampiniam ir linijiniam pagreičiui matuoti ir kt.

Talpinių jutiklių pranašumai, palyginti su kitų tipų jutikliais

Talpiniai jutikliai turi daug pranašumų, palyginti su kitais jutiklių tipais. Jų pranašumai apima:

• gamybos paprastumas, pigių medžiagų naudojimas gamybai; - mažas dydis ir svoris; - mažas energijos suvartojimas; - didelis jautrumas;

• kontaktų trūkumas (kai kuriais atvejais - vienas srovės kolektorius);

• ilgas tarnavimo laikas;

• labai mažų jėgų poreikis judančią talpinio jutiklio dalį judinti;

• jutiklio formos pritaikymo įvairioms užduotims ir dizaino paprastumas;

Talpinių jutiklių trūkumai

Talpinių jutiklių trūkumai yra šie:

• santykinai mažas perdavimo (konversijos) koeficientas;

• aukšti reikalavimai ekranavimo dalims;

• poreikis dirbti didesniu (palyginti su 50 Hz) dažniu;

Tačiau daugeliu atvejų dėl jutiklio konstrukcijos galima pasiekti pakankamą ekranavimą, o praktika rodo, kad talpiniai jutikliai duoda gerus rezultatus esant plačiai naudojamam 400 Hz dažniui. Būdingas kondensatoriai briaunos efektas tampa reikšmingas tik tada, kai atstumas tarp plokščių yra palyginamas su nagrinėjamų paviršių linijiniais matmenimis. Šį efektą tam tikru mastu galima pašalinti naudojant apsauginį žiedą, kuris leidžia perkelti jo įtaką už faktiškai matavimams naudojamų plokščių paviršiaus ribų.

Talpiniai jutikliai išsiskiria savo paprastumu, kuris leidžia sukurti tvirtą ir patikimą konstrukciją. Kondensatoriaus parametrai priklauso tik nuo geometrinių charakteristikų ir nepriklauso nuo naudojamų medžiagų savybių, jei šios medžiagos yra teisingai parinktos. Todėl temperatūros įtaka paviršiaus pokyčiams ir tarpams tarp plokščių gali būti nežymiai maža, pasirinkus tinkamos klasės metalą plokštėms ir izoliaciją jų tvirtinimui. Belieka tik apsaugoti jutiklį nuo tų aplinkos veiksnių, kurie gali pabloginti izoliaciją tarp plokščių – nuo ​​dulkių, korozijos, drėgmės, jonizuojančiosios spinduliuotės.

Dėl vertingų talpinių jutiklių savybių – nedidelės mechaninės jėgos, reikalingos judančiajai daliai pajudinti, galimybė reguliuoti sekimo sistemos išvestį ir didelis veikimo tikslumas – talpiniai jutikliai yra būtini įrenginiuose, kuriuose paklaidos siekia vos šimtąsias ir net leidžiamos tūkstantosios dalys.

Talpinių keitiklių tipai ir jų konstrukcijos ypatumai

Paprastai talpinis jutiklis yra plokščias arba cilindrinis kondensatorius, kurio viena iš plokščių juda kontroliuojamai, todėl keičiasi talpa. Neatsižvelgiant į galutinius efektus, plokščio kondensatoriaus talpa gali būti išreikšta taip:

kur ε Santykinė terpės, esančios tarp plokščių, dielektrinė konstanta, C ir e - nagrinėjamų plokščių plotas ir atitinkamai atstumas tarp jų.

Talpiniai keitikliai gali būti naudojami įvairiems dydžiams matuoti trimis kryptimis, priklausomai nuo išmatuoto neelektrinio dydžio funkcinio ryšio su šiais parametrais:

• kintamoji terpės dielektrinė konstanta ε;

• plokščių C persidengimo plotas;

• skirtingas atstumas tarp plokščių e.

Pirmuoju atveju medžiagos sudėčiai analizuoti galima naudoti talpinius keitiklius, nes dielektrinė konstanta priklauso nuo medžiagos savybių. Šiuo atveju natūrali keitiklio įvesties vertė bus medžiagos, užpildančios tarpą tarp plokščių, sudėtis. Šio tipo talpiniai keitikliai ypač plačiai naudojami matuojant kietųjų medžiagų ir skysčių drėgnumą, skysčio lygį, taip pat nustatant smulkių objektų geometrinius matmenis. Daugeliu atvejų praktiškai naudojant talpinius keitiklius, jų natūrali įvesties reikšmė yra geometrinis elektrodų poslinkis vienas kito atžvilgiu.Šiuo principu paremti tiesinio ir kampinio poslinkio jutikliai, prietaisai jėgoms, virpesiams, greičiui ir pagreičiui matuoti, jutikliai artumo, slėgio ir deformacijos jutikliai (ekstensometrai).

Talpinio jutiklio klasifikacija

Kalbant apie įgyvendinimą, visi talpiniai matavimo keitikliai gali būti suskirstyti į vienos talpos ir dvigubos talpos jutiklius. Pastarieji yra diferencialiniai ir pusiau diferencialiniai.

Vieno talpos jutiklis yra paprastos konstrukcijos ir yra vienas kintamasis kondensatorius. Jo trūkumai yra didelė išorinių veiksnių, tokių kaip drėgmė ir temperatūra, įtaka.Šioms paklaidoms kompensuoti taikyti diferencines konstrukcijas... Tokių daviklių trūkumas, lyginant su vienos talpos jutikliais, yra mažiausiai trijų (vietoj dviejų) ekranuotų jungiamųjų laidų poreikis tarp jutiklio ir matavimo prietaiso, kad būtų slopinamas toks. vadinamos parazitinėmis talpomis. Tačiau šis trūkumas atsiperka žymiai padidinus tokių prietaisų tikslumą, stabilumą ir išplėtus taikymo sritį.

Kai kuriais atvejais diferencialinį talpinį jutiklį sunku sukurti dėl konstrukcijos priežasčių (tai ypač pasakytina apie kintamo tarpo diferencialinius jutiklius). Tačiau jei tuo pačiu metu pavyzdinis kondensatorius dedamas į tą patį korpusą su veikiančiu ir jie yra kuo identiškesni savo konstrukcija, matmenimis ir naudojamomis medžiagomis, tada viso įrenginio jautrumas išoriniam destabilizuojančiam poveikiui bus daug mažesnis. užtikrinta. Tokiais atvejais galime kalbėti apie pusiau diferencialinį talpinį jutiklį, kuris, kaip ir diferencinis, reiškia dvitalpinį.

Dviejų tūrių jutiklių išėjimo parametro specifiškumas, kuris vaizduojamas kaip dvimačių fizikinių dydžių (mūsų atveju – talpos) bedimensis santykis, suteikia pagrindo juos vadinti santykio jutikliais. Naudojant dvigubos talpos jutiklius, matavimo prietaise gali nebūti jokių standartinių talpos matų, o tai prisideda prie matavimo tikslumo didinimo.

Linijinio poslinkio kodavimo įrenginiai

Matuotinų ir valdomų neelektrinių dydžių yra daug ir įvairių. Nemaža jų dalis yra linijiniai ir kampiniai poslinkiai. Remiantis kondensatoriumi, kuris elektrinis laukas Darbiniame tarpelyje vienodai gali būti sukurti du pagrindiniai talpinio poslinkio jutiklių tipai:

• su kintamu elektrodo plotu;

• su kintamu tarpu tarp elektrodų.

Visiškai akivaizdu, kad pirmieji yra patogesni matuojant didelius poslinkius (vienetus, dešimtis ir šimtus milimetrų), o antrieji – mažiems ir itin mažiems poslinkiams (milimetro dalys, mikrometrai ir mažiau).

Kampiniai kodavimo įrenginiai

Kampinio poslinkio talpiniai keitikliai iš principo yra panašūs į linijinio poslinkio talpinius keitiklius, o kintamo ploto jutikliai taip pat labiau tinka ne per mažiems matavimo diapazonams (pradedant nuo laipsnių vienetų) ir kintamo kampo tarpo talpiniai jutikliai. gali būti sėkmingai naudojamas mažiems ir itin mažiems kampiniams poslinkiams matuoti. Paprastai kampiniams poslinkiams naudojami kelių sekcijų keitikliai su kintamu kondensatoriaus plokštės plotu.

Tokiuose jutikliuose vienas iš kondensatoriaus elektrodų yra pritvirtintas prie objekto veleno, o sukimosi metu jis pasislenka stacionaraus atžvilgiu, keičiant kondensatoriaus plokščių persidengimo sritį. Tai, savo ruožtu, sukelia talpos pokytį, kurį užfiksuoja matavimo grandinė.

Inklinometrai

Inklinometras (pasvirimo jutiklis) yra diferencinis talpinis posvyrio keitiklis, kuriame yra kapsulės formos jutimo elementas.

Talpinis inklinometras

Kapsulė susideda iš pagrindo su dviem plokščiais elektrodais 1, padengtais izoliaciniu sluoksniu, ir korpuso 2, hermetiškai pritvirtinto prie pagrindo. Vidinė korpuso ertmė iš dalies užpildyta laidžiu skysčiu 3, kuris yra bendras elektrodas. jautrus elementas.Bendras elektrodas sudaro diferencialinį kondensatorių su plokščiais elektrodais. Jutiklio išėjimo signalas yra proporcingas diferencialinio kondensatoriaus talpos dydžiui, kuri tiesiškai priklauso nuo korpuso padėties vertikalioje plokštumoje.

Inklinometras suprojektuotas taip, kad išėjimo signalas turėtų tiesinę priklausomybę nuo pasvirimo kampo vienoje taip vadinamoje darbo plokštumoje ir praktiškai nekeičia rodmenų kitoje (nedarbinėje) plokštumoje, o jo signalas yra silpnai priklausomas nuo temperatūros. pokyčius. Plokštumos padėčiai erdvėje nustatyti naudojami du inklinometrai, išdėstyti 90 ° kampu vienas kito atžvilgiu.

Mažo dydžio inklinometrai, kurių elektrinis išėjimo signalas proporcingas jutiklio pasvirimo kampui, yra palyginti nauji įrenginiai. Didelis jų tikslumas, miniatiūrinis dydis, kilnojamų mechaninių mazgų trūkumas, paprastas montavimas vietoje ir maža kaina, todėl patartina juos naudoti ne tik kaip sukimosi jutiklius, bet ir pakeisti kampo jutiklius, ne tik stacionarius, bet ir judančius. objektų.

Talpiniai skysčio lygio jutikliai

Talpinis siųstuvas, skirtas nelaidžio skysčio lygiui matuoti, susideda iš dviejų lygiagrečiai sujungtų kondensatorių

Slėgio jutikliai

Vienas iš pagrindinių talpinio slėgio keitiklio konstrukcijų yra vienas statorius, naudojamas absoliučiam slėgiui matuoti (elektriniai slėgio jutikliai).

Toks jutiklis susideda iš metalinės celės, padalytos į dvi dalis sandariai ištempta plokščia metaline diafragma, kurios vienoje pusėje yra fiksuotas elektrodas, izoliuotas nuo korpuso.Diafragmos elektrodas sudaro kintamą talpą, kuri yra įtraukta į matavimo grandinę. Kai slėgis abiejose diafragmos pusėse yra vienodas, keitiklis yra subalansuotas. Slėgio pasikeitimas vienoje iš kamerų deformuoja diafragmą ir keičia talpą, kurią fiksuoja matavimo grandinė.

Dviejų stočių (diferencialinio) konstrukcijoje diafragma juda tarp dviejų fiksuotų plokščių ir į vieną iš dviejų kamerų tiekiamas etaloninis slėgis, kuris suteikia tiesioginį diferencinio (perteklinio arba diferencinio) slėgio matavimą su mažiausia paklaida.