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武漢三駿聯(lián)眾科技有限公司(西安辦事處)

電容開關(guān)工作原理

時(shí)間:2013-1-10閱讀:989
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電容式傳感器可實(shí)現(xiàn)非接觸的,獨(dú)立的檢測(cè)。并且對(duì)于導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料均可實(shí)現(xiàn)
可靠檢測(cè)。因此,電容式傳感器可以適用于某些電感式傳感器無法檢測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合。
電容式傳感器典型的應(yīng)用是距離和位置的測(cè)量,以及彎曲強(qiáng)度,厚度,液位控制,偏心
度,同心度,形變,磨損和震動(dòng)的檢測(cè)。
構(gòu)造和功能
每個(gè)電容式傳感器的感應(yīng)元件是由一個(gè)傳感器電極和一個(gè)屏蔽層電極組成的。這兩個(gè)同
軸金屬電極共同組成一個(gè)電容器。
當(dāng)被測(cè)物體(金屬材質(zhì)或非金屬材質(zhì))接近傳感器表面時(shí),它同時(shí)進(jìn)入了由這兩個(gè)電極
構(gòu)成的電場(chǎng),從而使這個(gè)電容器的電容量發(fā)生變化;也就是說,具有RC振蕩器電路的
電容器,其電容量會(huì)隨著被測(cè)物體的接近而增加(電容量的變化量為ΔC)。
只有在達(dá)到ΔC的電容變化量的時(shí)候,RC振蕩器電路才能開始振蕩,產(chǎn)生振幅。
這樣,當(dāng)被測(cè)物體接近時(shí),RC振蕩器電路產(chǎn)生的振幅會(huì)由比較器電路檢測(cè)到,并且通
過輸出級(jí)電路形成輸出信號(hào)(見左圖)。
齊平式安裝
在齊平式安裝時(shí),電容式傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)直線型的電場(chǎng)(見左圖)。常用于從遠(yuǎn)處檢
測(cè)固體材料(例如:塑料顆粒、平板、紙箱、成堆的紙、瓶子、木屑等)或者透過玻璃
容器或塑料容器檢測(cè)其內(nèi)部的液體。
非齊平式安裝
在非齊平式安裝時(shí),電容式傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)圓錐型的電場(chǎng)(見左圖)。常用于接觸式
地(檢測(cè)面與被測(cè)物相接觸)檢測(cè)被測(cè)物(例如顆粒、油或水)。
影響因素
電容式傳感器同樣可以用來檢測(cè)非導(dǎo)體材料,諸如塑料、木材、玻璃等。
由導(dǎo)體材料制成的被測(cè)物體會(huì)在傳感器的感應(yīng)面形成一個(gè)反向電極,由極板A和極板B
構(gòu)成了串聯(lián)電容CA和CB(見左圖1)。
該串聯(lián)電容的電容量總是大于無被測(cè)物激勵(lì)時(shí)由電極A和B所構(gòu)成的電容量。
因?yàn)榻饘俨牧暇哂懈邔?dǎo)電性,所以金屬被測(cè)物可以獲得zui大的開關(guān)距離;同時(shí),在使用
電容式傳感器的時(shí)候,不必像使用電感式傳感器那樣,對(duì)不同的金屬采用不同的衰減系
數(shù)。
將非導(dǎo)體材料(絕緣體)放在電容器的電極A和電極B之間,會(huì)使其電容量增加,其增
加量取決于介電常數(shù)εr(見左圖2),而電容量的增加量是與開關(guān)距離的增大量成正比
的。
所有液體和氣體的介電常數(shù)均是高于空氣的。
一般來說,材料的介電常數(shù)越大,可獲得的開關(guān)距離就越大。測(cè)試有機(jī)材料(木材、谷
物等)時(shí),開關(guān)距離在很大程度上取決于其水份含量(水的介電常數(shù)為80)。

開關(guān)距離S
開關(guān)距離是指在被測(cè)物觸發(fā)傳感器發(fā)生信號(hào)變化時(shí),傳感器檢測(cè)面和被測(cè)物表面的距
離。
電容式傳感器的開關(guān)距離取決于以下幾個(gè)方面:
•  傳感器的直徑
•  被測(cè)物體的材質(zhì)
•  被測(cè)物體的質(zhì)量
•  安裝方式(齊平/非齊平)
額定開關(guān)距離/額定工作距離 Sn
額定開關(guān)距離是指采用標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)物能夠觸發(fā)傳感器動(dòng)作的zui大距離。
這是一個(gè)典型的理論值,像制造誤差、溫度和電壓偏差之類的因素均沒有被考慮在內(nèi)。
標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)物是由37號(hào)鋼制成的1mm厚的方形金屬塊。如左圖,邊長(zhǎng)“a”應(yīng)為3倍的
Sn,前提是如果3倍的Sn超過歸感應(yīng)面直徑,否則應(yīng)大于感應(yīng)面的直徑。被測(cè)物必須接
地,以確保獲得較大的開關(guān)距離。
電容式傳感器的特性:
•  非接觸式地檢測(cè)導(dǎo)體與非導(dǎo)體被測(cè)物
•  較大的開關(guān)距離(可通過電位計(jì)調(diào)節(jié))
•  短路保護(hù)和反極性保護(hù)
•  連接類型:接插件,直出電纜連接,接線端子
•  外殼材質(zhì):塑料,金屬或Dyflor外殼
•EMC保護(hù)(高等級(jí)的電磁兼容特性)
•ESD保護(hù)(免受靜電荷放電干擾)
•  新型的背景抑制功能
•  濕度補(bǔ)償
•  通過LED指示燈指示開關(guān)狀態(tài)
•  防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP67
•  可提供本質(zhì)安全型產(chǎn)品(NAMUR)

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