مجسات سعوية

يُطلق على المستشعر السعوي محول طاقة من النوع البارامتري حيث يتم تحويل التغيير في القيمة المقاسة إلى تغيير في السعة.

تطبيقات أجهزة الاستشعار بالسعة

التطبيقات الممكنة لأجهزة الاستشعار بالسعة متنوعة للغاية. يتم استخدامها في أنظمة التحكم والتحكم في العمليات الصناعية في جميع الصناعات تقريبًا. تستخدم المستشعرات السعوية للتحكم في ملء الخزانات بالسائل أو المسحوق أو المواد الحبيبية ، مثل مفاتيح الحد على الخطوط الآلية ، والناقلات ، والروبوتات ، ومراكز التصنيع ، وآلات قطع المعادن ، في أنظمة الإشارة ، لتحديد مواقع الآليات المختلفة ، إلخ.

حاليًا ، الأكثر انتشارًا هي مستشعرات القرب (الوجود) ، والتي ، بالإضافة إلى موثوقيتها ، لديها أيضًا مجموعة واسعة من المزايا. بتكلفة منخفضة نسبيًا ، تغطي مستشعرات القرب نطاقًا واسعًا من الاتجاهات في تطبيقها في جميع الصناعات. مجالات الاستخدام النموذجية لأجهزة الاستشعار السعوية من هذا النوع هي:

• إشارات لملء الحاويات البلاستيكية أو الزجاجية ؛

• التحكم في مستوى تعبئة العبوات الشفافة ؛

• إنذار كسر الملف.

• تعديل شد الحزام

• حساب جزئي من أي نوع ، إلخ.

تعد أجهزة التشفير الخطية والزاوية السعوية أكثر الأجهزة شيوعًا ، وتستخدم على نطاق واسع في الهندسة والنقل والبناء والطاقة ، في مجمعات القياس المختلفة.

أصبحت الأجهزة الجديدة نسبيًا التي دخلت حيز الاستخدام الصناعي على نطاق واسع في السنوات الأخيرة مقاييس ميل سعوية صغيرة الحجم بإشارة خرج كهربائي تتناسب مع زاوية ميل المستشعر ... يمكن اعتبار المجالات التالية لتطبيق أجهزة قياس الميل على أنها المجالات الرئيسية: الاستخدام في أنظمة تسوية المنصة ، وتحديد الانحرافات والتشوهات لأنواع مختلفة من الدعامات والعوارض ، والتحكم في زوايا ميل الطرق والسكك الحديدية أثناء بنائها وإصلاحها وتشغيلها ، تحديد لفة السيارات والسفن والروبوتات تحت الماء والرافعات والرافعات والحفارات والآلات الزراعية ، وتحديد الإزاحة الزاوية لأنواع مختلفة من الأجسام الدوارة - الأعمدة والعجلات وآليات علبة التروس على كل من الأجسام الثابتة والمتحركة.

تستخدم مستشعرات المستوى السعوي في أنظمة التحكم وتنظيم وإدارة عمليات الإنتاج في الصناعات الغذائية والصيدلانية والكيميائية وتكرير النفط. إنها فعالة عند العمل مع السوائل والمواد السائبة والمعلقات والمواد اللزجة (الموصلة وغير الموصلة) ، وكذلك في ظروف التكثيف والغبار.

تُستخدم المستشعرات السعوية أيضًا في العديد من الصناعات لقياس الضغط المطلق والقياس ، وسمك المواد العازلة ، ورطوبة الهواء ، والانفعال ، والتسارع الزاوي والخطي ، إلخ.

مزايا أجهزة الاستشعار السعوية على الأنواع الأخرى من أجهزة الاستشعار

توفر المستشعرات السعوية عددًا من المزايا مقارنة بأنواع المستشعرات الأخرى. تشمل مزاياها:

• سهولة الإنتاج واستخدام مواد رخيصة للإنتاج ؛ - صغر الحجم والوزن ؛ - استخدام طاقة منخفضة؛ - حساسية عالية

• نقص الاتصالات (في بعض الحالات - جامع حالي واحد) ؛

• عمر خدمة طويل

• الحاجة إلى قوى صغيرة جدًا لتحريك الجزء المتحرك من المستشعر السعوي ؛

• سهولة تكييف شكل المستشعر مع المهام والتصميمات المختلفة ؛

عيوب أجهزة الاستشعار السعوية

تشمل عيوب أجهزة الاستشعار السعوية ما يلي:

• معامل تحويل (تحويل) صغير نسبيًا ؛

• متطلبات عالية لأجزاء التدريع ؛

• الحاجة إلى العمل بتردد أعلى (مقارنة بـ 50 هرتز) ؛

ومع ذلك ، في معظم الحالات ، يمكن تحقيق حماية كافية بسبب تصميم المستشعر ، وتظهر الممارسة أن المستشعرات السعوية تعطي نتائج جيدة عند التردد المستخدم على نطاق واسع وهو 400 هرتز. متأصل المكثفات يصبح تأثير الحافة مهمًا فقط عندما تكون المسافة بين الألواح قابلة للمقارنة بالأبعاد الخطية للأسطح قيد الدراسة. يمكن القضاء على هذا التأثير إلى حد ما عن طريق حلقة واقية ، مما يجعل من الممكن تحويل تأثيره إلى ما وراء حدود سطح الصفائح المستخدمة بالفعل للقياسات.

تتميز المستشعرات السعوية ببساطتها ، مما يسمح بتصميم قوي وموثوق. تعتمد معلمات المكثف فقط على الخصائص الهندسية ولا تعتمد على خصائص المواد المستخدمة ، إذا تم اختيار هذه المواد بشكل صحيح. لذلك ، يمكن أن يكون تأثير درجة الحرارة على التغيرات السطحية وتباعد الألواح صغيراً بشكل لا يمكن إهماله عن طريق اختيار الدرجة المناسبة من المعدن للألواح والعزل الخاص بربطها. يبقى فقط لحماية المستشعر من تلك العوامل البيئية التي يمكن أن تؤدي إلى تدهور العزل بين الألواح - من الغبار والتآكل والرطوبة والإشعاع المؤين.

الصفات القيّمة لأجهزة الاستشعار السعوية - مقدار ضئيل من القوة الميكانيكية المطلوبة لتحريك الجزء المتحرك ، والقدرة على ضبط مخرجات نظام التتبع ، والدقة العالية للتشغيل - تجعل أجهزة الاستشعار السعوية لا غنى عنها في الأجهزة التي يكون فيها الأخطاء من المئات وحتى يسمح بنسبة الألف في المائة.

أنواع المحولات السعوية وخصائص تصميمها

عادةً ما يكون المستشعر السعوي مكثفًا مسطحًا أو أسطوانيًا ، تخضع إحدى لوحاته لحركة متحكم فيها ، مما يتسبب في حدوث تغيير في السعة. بإهمال التأثيرات النهائية ، يمكن التعبير عن السعة للمكثف المسطح على النحو التالي:

حيث ε ثابت العزل النسبي للوسط المحاط بين الألواح ، C و e - مساحة الألواح المدروسة ، وبالتالي المسافة بينهما.

يمكن استخدام محولات الطاقة السعوية لقياس الكميات المختلفة في ثلاثة اتجاهات ، اعتمادًا على العلاقة الوظيفية للكمية غير الكهربائية المقاسة بالمعلمات التالية:

• ثابت عازل متغير للوسيط ε ؛

• منطقة تداخل اللوحات C ؛

• مسافة مختلفة بين اللوحات ه.

في الحالة الأولى ، يمكن استخدام محولات الطاقة السعوية لتحليل تركيبة المادة ، لأن ثابت العزل الكهربائي هو دالة لخصائص المادة. في هذه الحالة ، ستكون قيمة الإدخال الطبيعية للمحول هي تركيبة المادة التي تملأ الفراغ بين الألواح. تستخدم محولات الطاقة السعوية من هذا النوع على نطاق واسع بشكل خاص في قياس محتوى الرطوبة من المواد الصلبة والسوائل ، ومستوى السائل ، وكذلك في تحديد الأبعاد الهندسية للأجسام الصغيرة. في معظم حالات الاستخدام العملي للمحولات السعوية ، تكون قيمة المدخلات الطبيعية الخاصة بها هي الإزاحة الهندسية للأقطاب بالنسبة لبعضها البعض. وبناءً على هذا المبدأ ، أجهزة استشعار الإزاحة الخطية والزاوية ، وأجهزة قياس القوى ، والاهتزازات ، والسرعة والتسارع ، وأجهزة استشعار مستشعرات القرب والضغط والانفعال (مقاييس التمدد).

تصنيف أجهزة الاستشعار بالسعة

من حيث التنفيذ ، يمكن تقسيم جميع محولات الطاقة ذات القياس السعوي إلى مستشعرات أحادية السعوية ومزدوجة السعة. هذه الأخيرة تفاضلية وشبه تفاضلية.

مستشعر السعة الفردي بسيط في التصميم وهو مكثف متغير واحد. تشمل عيوبه التأثير الكبير للعوامل الخارجية مثل الرطوبة ودرجة الحرارة.للتعويض عن هذه الأخطاء ، قم بتطبيق تصميمات تفاضلية ... عيب هذه المستشعرات مقارنة بالمستشعرات أحادية السعة هو الحاجة إلى ما لا يقل عن ثلاثة (بدلاً من اثنين) أسلاك توصيل محمية بين المستشعر وجهاز القياس لقمع ما يلي- تسمى السعات الطفيلية. ومع ذلك ، يتم سداد هذا العيب بزيادة كبيرة في الدقة والاستقرار والتوسع في مجال تطبيق هذه الأجهزة.

في بعض الحالات ، يصعب إنشاء مستشعر سعوي تفاضلي لأسباب تتعلق بالتصميم (وهذا ينطبق بشكل خاص على أجهزة الاستشعار التفاضلية ذات الفجوة المتغيرة). ومع ذلك ، إذا تم وضع مكثف نموذجي في نفس الوقت في نفس السكن مع واحد عاملة وكانت متطابقة قدر الإمكان في التصميم والأبعاد والمواد المستخدمة ، فعندئذ ستكون حساسية أقل بكثير للجهاز بأكمله للتأثيرات الخارجية المزعزعة للاستقرار مضمون. في مثل هذه الحالات ، يمكننا التحدث عن مستشعر سعوي شبه تفاضلي ، والذي ، مثل المستشعر التفاضلي ، يشير إلى مستشعر ثنائي السعة.

إن خصوصية معلمة الإخراج لأجهزة الاستشعار ذات الحجمين ، والتي يتم تمثيلها على أنها نسبة بلا أبعاد للكميات المادية ثنائية الأبعاد (في حالتنا ، السعات) ، تعطي سببًا لتسميتها بأجهزة استشعار النسبة. عند استخدام مستشعرات السعة المزدوجة ، قد لا يحتوي جهاز القياس على أي مقاييس سعة قياسية على الإطلاق ، مما يساهم في زيادة دقة القياس.

مشفرات الإزاحة الخطية

الكميات غير الكهربائية المطلوب قياسها والتحكم فيها كثيرة ومتنوعة. جزء كبير منها عبارة عن عمليات نزوح خطية وزاوية. بناء على مكثف الحقل الكهربائي يمكن إنشاء نوعين رئيسيين من أجهزة استشعار الإزاحة السعوية بشكل موحد في فجوة العمل:

• مع منطقة قطب كهربائي متغير ؛

• مع وجود فجوة متغيرة بين الأقطاب الكهربائية.

من الواضح تمامًا أن الأول هو أكثر ملاءمة لقياس النزوح الكبير (وحدات ، عشرات ومئات المليمترات) ، والأخير لقياس عمليات النزوح الصغيرة والصغيرة جدًا (أجزاء من المليمتر ، ميكرومتر وأقل).

التشفير الزاوي

محولات الطاقة السعوية ذات الإزاحة الزاوية تشبه من حيث المبدأ محولات الطاقة السعوية ذات الإزاحة الخطية ، كما أن مستشعرات المنطقة المتغيرة أكثر ملاءمة في حالة نطاقات القياس غير الصغيرة جدًا (بدءًا من وحدات الدرجات) ، وأجهزة الاستشعار السعوية ذات الفجوة المتغيرة الزاوية يمكن استخدامها بنجاح لقياس النزوح الزاوي الصغير والصغير للغاية. عادةً ، تُستخدم محولات الطاقة متعددة الأقسام مع مساحة لوحة مكثف متغيرة لعمليات الإزاحة الزاوية.

في مثل هذه المستشعرات ، يتم توصيل أحد أقطاب المكثف بعمود الجسم ، وأثناء الدوران يتم إزاحته بالنسبة إلى الجزء الثابت ، مما يؤدي إلى تغيير منطقة تداخل ألواح المكثف. وهذا بدوره يؤدي إلى تغيير في السعة التي تلتقطها دائرة القياس.

الميل

مقياس الميل (مستشعر الإمالة) هو محول طاقة إمالة سعوي تفاضلي يتضمن عنصر استشعار على شكل كبسولة.

مقياس الميل السعوي

تتكون الكبسولة من ركيزة ذات قطبين مسطحين 1 ، مغطاة بطبقة عازلة ، وجسم 2 ، مثبت بإحكام على الركيزة. ويمتلئ التجويف الداخلي للجسم جزئيًا بسائل موصل 3 ، وهو القطب الشائع لـ عنصر حساس.يشكل القطب الشائع مكثفًا تفاضليًا مع الأقطاب الكهربائية المسطحة. تتناسب إشارة خرج المستشعر مع قيمة سعة المكثف التفاضلي ، والتي تعتمد خطيًا على موضع الغلاف في المستوى العمودي.

تم تصميم مقياس الميل ليكون له اعتماد خطي لإشارة الخرج على زاوية الميل في أحد ما يسمى بمستوى العمل ولا يغير عمليًا القراءات في المستوى الآخر (غير العامل) ، في حين أن إشارته تعتمد بشكل ضعيف على درجة الحرارة التغييرات. لتحديد موضع الطائرة في الفضاء ، يتم استخدام مقياسين للميل ، يقعان بزاوية 90 درجة لبعضهما البعض.

تعد أجهزة قياس الميل صغيرة الحجم ذات إشارة خرج كهربائية تتناسب مع زاوية ميل المستشعر من الأجهزة الجديدة نسبيًا. إن دقتها العالية وحجمها الصغير ونقص الوحدات الميكانيكية المتحركة وسهولة التركيب في الموقع والتكلفة المنخفضة تجعل من المستحسن استخدامها ليس فقط كأجهزة استشعار للفة ، ولكن أيضًا لاستبدال مستشعرات الزاوية بها ، ليس فقط ثابتة ولكن أيضًا متحركة شاء.

مستشعرات مستوى السائل السعوي

يتكون جهاز الإرسال السعوي لقياس مستوى السائل غير الموصّل من مكثفين متصلين على التوازي

أجهزة استشعار الضغط

أحد التصميمات الأساسية لمحول طاقة الضغط السعوي هو الجزء الثابت الفردي ، والذي يستخدم لقياس الضغط المطلق (مجسات ضغط كهربائية).

يتكون هذا المستشعر من خلية معدنية مقسمة إلى جزأين بواسطة غشاء معدني مسطح مشدود بإحكام ، يوجد على أحد جانبيها قطب كهربائي ثابت معزول عن الجسم.يشكل قطب الحجاب الحاجز سعة متغيرة يتم تضمينها في دائرة القياس. عندما يكون الضغط متساويًا على جانبي الحجاب الحاجز ، يكون محول الطاقة متوازنًا. يؤدي التغيير في الضغط في إحدى الغرف إلى تشويه الحجاب الحاجز وتغيير السعة ، التي يتم تثبيتها بواسطة دائرة القياس.

في تصميم ذو محطتين (تفاضلي) ، يتحرك الحجاب الحاجز بين لوحين ثابتين ويتم توفير ضغط مرجعي لإحدى الغرفتين ، مما يوفر قياسًا مباشرًا للضغط التفاضلي (الزائد أو التفاضلي) مع أصغر خطأ.