Energie, nemůžeme ji zničit, ale můžeme energii změnit z jedné formy do jiné. V některých situacích musíme vzít pomoc z jedné formy energie, abychom ji mohli změnit na jinou formu. Proces přeměny energie lze tedy provést pomocí „ Převodníky “. Existují různé typy snímačů, jako jsou snímače tlaku, piezoelektrický měniče, ultrazvukové měniče, teplotní měniče, kapacitní měniče atd. V tomto článku budeme vědět, co je to kapacitní měnič, jeho pracovní princip, schéma zapojení, typy a jeho aplikace, výhody a nevýhody.
Co je kapacitní snímač?
Převodníky jsou rozděleny do dvou typů, jako jsou aktivní snímače a pasivní snímače. Aktivní snímače jsou jedním druhem snímačů, které pro svůj provoz nevyžadují žádný druh energie. Zatímco pasivní měnič vyžaduje pro svou činnost v procesu přeměny energie externí napájení. Tyto snímače se dostaly pod pasivní snímače.
Definice kapacitního měniče spočívá v měření posunutí (kolik vzdálenosti pokrývá), tlaku a dalších několika fyzikálních veličin, tyto měniče jsou preferovány. U těchto převodníků se kapacita mezi deskami mění kvůli vzdálenosti mezi deskami, překrývání desek kvůli změně dielektrického média atd.
Princip fungování kapacitního převodníku
Výše uvedený diagram označuje kapacitní měnič. The pracovní princip kapacitního převodníku je proměnná kapacita. Podle jeho struktury mají tyto dvě paralelní kovové paty, které udržují vzdálenost mezi nimi. Mezi nimi může být naplněno dielektrické médium (například vzduch). Takže vzdálenost mezi těmito dvěma kovovými deskami a pozicemi desek mohou změnit kapacitu. Takže proměnná kapacita je principem těchto převodníků. Základní rozdíl mezi normálními kondenzátory a kapacitními převodníky je, kondenzátor desky jsou v normálu konstantní kondenzátory přičemž tyto měniče, kondenzátorové desky jsou pohyblivé.
kapacitní převodník
Kapacitu proměnného kondenzátoru lze měřit tímto vzorcem.
Vzorec kapacitního převodníku
V tomto vzorci:
C označuje kapacitu proměnné kapacity
εo označuje permitivitu volného prostoru
εr označuje relativní permitivitu
A označuje oblast desek
D označuje vzdálenost mezi deskami
Podle vzorce tedy hodnota proměnné kapacity závisí na čtyřech důležitých parametrech. Jsou to vzdálenost mezi deskami variabilního kondenzátoru, obsazovací plocha desek, permitivita volného prostoru, relativní permitivita a dielektrický materiál. Tyto parametry mohou měnit hodnotu kapacity proměnného kondenzátoru.
- Změna dielektrické konstanty může měnit kapacitu tohoto převodníku.
- Plocha desek těchto snímačů může měnit jeho kapacitní hodnotu.
- Vzdálenost mezi deskami může měnit hodnotu kapacity měničů. Tato metoda se většinou používá. U této metody se dielektrické médium a plocha desek udržují konstantní. Když se desky pohybují, pak se vzdálenost mění, což má za následek změnu kapacity kapacitního měniče.
Tyto tři výše uvedené metody se používají ke změně kapacitní hodnoty tohoto převodníku.
Kapacitní obvodové schéma
Výše uvedené schéma zapojení označuje ekvivalentní schéma zapojení kapacitního převodníku. Rozdíl mezi variabilním kondenzátorem a normálním kondenzátorem je v tom, že kapacita variabilního kondenzátoru se mění, zatímco v normálním kondenzátoru je hodnota kapacity pevná a nelze ji změnit.
kapacitní převodník-schéma zapojení
Typy kapacitního snímače
Podle struktury kapacitního převodníku jsou to čtyři typy, které jsou popsány níže. Oni jsou
- Paralelní kapacita desek s obdélníkovými deskami.
- Válcový kondenzátorový převodník.
- Polokruhové rovnoběžné desky.
- Změna dielektrika mezi rovnoběžnými deskami.
Paralelní kapacita desek s obdélníkovými deskami
Toto se také nazývá plochý typ kapacitního měniče. U tohoto typu měniče je jedna deska pevná a druhou deskou lze pohybovat. Pomocí této variace lze měnit vzdálenost d nebo oblast A. To má za následek hodnotu kapacity tohoto převodníku.
kapacitní měnič plochého typu
Pokud se plocha A mění a hodnota kapacity C by byla, když mají desky vzdálenost x, pak
C = ε (A-wx) / d
Válcový kapacitní měnič
válcový kapacitní převodník
Vzhledem k tomu, že délka válce má být L, pak kapacita
válcová kapacitní rovnice
Polokruhový kapacitní měnič
Tento typ poskytne nejvyšší hodnotu kapacity, když se dvě kapacitní desky navzájem překrývají. Ty jsou vhodnější, když obvod vyžaduje maximální kapacitu.
kruhový-paralelní-deskový diagram
U tohoto typu kapacitní převodník, oblast A = πr ^ 2/2 a kapacita C = ε πr ^ 2 / 2d
Změna v dielektrickém médiu mezi paralelními deskami
Když se dielektrické médium mění mezi dvěma rovnoběžnými deskami tohoto měniče, mění se tím také kapacita měniče.
Proto kapacita C = εo (ε1 * L1 * w + ε2 * L2 * w) / d
Zde - L1 a L2 označují délku 1. a 2. délky desek.
W označuje šířku desky
D označuje vzdálenost mezi deskami
Výhody
The výhody kapacitního převodníku jsou diskutovány níže. Oni jsou
- Tyto převodníky nabízejí vysokou vstupní impedanci. Hodnota efektů načítání bude tedy příliš nízká.
- Frekvenční odezva těchto snímačů je extrémně vysoká.
- Tyto snímače jsou vysoce citlivé.
- K provozu spotřebovávají nízkou energii. Tyto převodníky se tedy nazývají zařízení s nízkou spotřebou energie.
- Pomocí těchto snímačů je možné dosáhnout vysokého rozlišení.
Nevýhody
Je tu pár nevýhody kapacitního převodníku jsou uvedeny níže. Oni jsou
- Má vysokou výstupní impedanci. Kvůli této vysoké hodnotě výstupní impedance je pro měření výstupu potřeba složitý obvod. A výstupní obvod musí být silný, aby udržel tuto vysokou výstupní nesmírnou hodnotu.
- Tyto převodníky vykazují nelineární chování v důsledku hranových efektů.
- Ty jsou závislé na teplotě. Hodnota vnější teploty může ovlivnit tuto hodnotu kapacity převodníku.
Aplikace
Aplikace kapacitního převodníku jsou
- Tento měnič má širokou škálu aplikací při určování veličin, jako je teplota, výtlak a tlak atd. Níže jsou uvedeny kapacitní měniče.
- Tyto převodníky mají uplatnění v oblasti lineárního a úhlového posunutí s faktorem citlivosti.
- Jednou z nejlepších aplikací tohoto snímače je zjištění úrovně vlhkosti. Se změnou hodnoty vlhkosti se mění i kapacita tohoto snímače. Pomocí této hodnoty můžeme měřit změnu vlhkosti.
- Převodník tlaku s proměnnou kapacitou je použitelný k vyhledání změn tlaku pomocí proměnné kapacity.
Tedy kapacitní měniče jsou užitečné pro převod jedné formy energie na jinou formu energie změnou hodnoty kapacity. Jedná se o pasivní měniče, protože k jejich provozu je zapotřebí externí napájení. A pomocí těchto snímačů můžeme měřit tlak, teplotu a výtlak atd.
