Принцип действия

Активная поверхность емкостного датчика образована двумя концентрически сориентированными металлическими электродами, которые можно представить как электроды «развернутого» конденсатора.

Поверхности электродов А и В включены в цепь обратной связи высокочастотного автогенератора, который настроен таким образом, что при отсутствии каких-либо объектов возле поверхностей электродов колебания тоже отсутствуют. Приближение объекта вызывает удлинение электрического поля перед поверхностями электродов. Благодаря этому повышается емкость между пластинами А и В и запускается автогенератор. Амплитуда колебаний оценивается последующей схемой обработки, формирующей выходной сигнал.

Вид

спереди A

B. С

Контролируемый объект

□C

□B I A

□B ОС

A +

A+

B-

B-

A, B: основные электроды датчика С: компенсационный электрод (защита от срабатывания при смачивании датчика, выпадении росы, обледенении, налипании и т.п.)

A +

B-

Виды воздействия

Емкостные датчики срабатывают как от электропроводящих объектов, так и от диэлектриков. Объекты из электропроводящих материалов образуют по отношению к активной поверхности датчика своеобразный противоэлектрод. Таким образом формируются две емкости Са и Сь, включенные последовательно.

Благодаря высокой проводимости металлы позволяют реализовать большое расстояние срабатывания, причем редуцирующий фактор, существенный для индуктивных датчиков, в данном случае может не браться во внимание (т.е. расстояние срабатывания, например, для стали и алюминия будет одинаково большим).

Если непроводящий материал (изолятор) вводится между пластинами конденсатора, емкость повышается в зависимости от диэлектрической постоянной материала е.

металлический проводник

диэлектрик

т

Са Сь

i В f-

+ A

Величина диэлектрической постоянной для любого твердого или жидкого материала выше, чем диэлектрическая постоянная воздуха (см. таблицу на следующей странице, евоздуха=1).

Приближение объекта из любого материала к активной поверхности емкостного датчика ведет к увеличению емкости между электродами. Чем больше диэлектрическая постоянная, тем больше расстояние срабатывания (см. диаграмму).

При работе с органическими материалами (например, древесина или зерно) необходимо учитывать, что расстояние срабатывания существенно зависит от содержания влаги в материале (е = 80 !).

Диэлектрическая постоянная

£ r

10 20 40 Расстояние переключения

60

80 100

[%]

Значения диэлектрической постоянной для различных материалов:

Материал

Диэлектрическая постоянная e

Алкоголь Аралдит Бакелит Бумага

Бумага промасленная Вода

Воздух, вакуум Гетинакс Древесина Кабельная заливка Кварцевое стекло Кварцевый песок Керосин

Кремнийорганический каучук

Мрамор

Парафин

Плексиглаз

Полиамид

Поливинилхлорид

Полипропилен

Полистирол

Полиэтилен

Пористая резина

Скипидар

Слюда

Стекло

Тефлон (фторопласт)

Трансформаторное масло

Фарфор

Целлулоид

Эбонит

Электрокартон

25,8

3,6

3,6

2,3

4

80 1

4,5 2...7

2,5 3,7 4,5 2,2 2,8 8

2,2 3,2 5

2,9

2,3 3

2,3

2,5

2,2

6

5

2

2,2

4,4

3

4

4

Сравнивая диэлектрические постоянные различных материалов, можно оценивать возможность реализации той или иной технической задачи.

Например, видно, что возможен контроль воды через стеклянную или пластмассовую стенку.

Еще один пример: контроль границы раздела сред бензин - вода при откачке бензина из резервуара с водой в осадке.

Расстояние переключения

Расстояние переключения это расстояние от объекта до активной поверхности датчика, при котором происходит изменение состояния выхода датчика.

Номинальное расстояние переключения ( sn)

это обобщенная характеристика датчика, в которой не учтены внешние воздействия и разброс параметров каждого отдельно взятого образца

Реальное расстояние переключения ( sr)

это расстояние переключения с учетом реального изменения температурных условий и питающего напряжения.

Реальное расстояние переключения учитывает серийный разброс параметров. Отношение к номинальному расстоянию переключения: 0,9 sn < sr < 1,1 sn

Полезное расстояние переключения ( su)

это расстояние переключения в пределах допустимого температурного диапазона и допустимого диапазона напряжений питания. Отношение к номинальному расстоянию переключения: 0,81 s <s < 1,21 s

1,21 sn

полезное расстояние переключения

0,81 sn

контролируемый объект

1,1 sn

реальное расстояние переключения 0,9 sn

зона уверенного срабатывания

- активная поверхность

о о <м

1

о с; я

се

датчик

Воздействие окружающей среды

Воздействие температуры

Емкостные датчики TURCK могут применяться в диапазоне температур от -25 до +70 °С.

Как правило, необходимо учитывать немного больший, по сравнению с индуктивными датчиками, температурный дрейф ( < 0,2 sr при sr < sn (номин) , где sr - реальное расстояние переключения).

Воздействие заземления

Если объект из токопроводящего материала заземлен, это может вызвать некоторое увеличение расстояния переключения (<0,2 sr). Это воздействие может быть при необходимости скорректировано встроенным потенциометром регулировки чувствительности.

Смачивание, выпадение росы, обледенение, налипание

Во многих случаях применения возможно смачивание поверхностей датчика, выпадение росы, обледенение или воздействие других явлений подобного рода. Для этой цели в конструкции использован противовключенный вспомогательный электрод С (см. выше - принцип действия), осуществляющий компенсацию помех такого рода и предотвращающий ошибочное срабатывание.

Монтаж емкостных датчиков

2d

Большинство емкостных датчиков имеют встроенный металлический экран и монтируются в материал заподлицо (типовое обозначение ВС... )

d - габарит датчика (диаметр или ширина)

Уу

2d

> d

,

> 3 s

У77У/

Датчики, монтируемые в материал не заподлицо, не имеют встроенного металлического экрана (типовое обозначение NC.)

sn - номинальное расстояние переключения d - габарит датчика (диаметр или ширина)

У/,

> 3 s

Монтаж прямоугольных датчиков, монтируемые в материал не заподлицо, (типовое обозначение NC..).

При необходимости расстояние переключения экранированных датчиков (типовое обозначение ВС...) может быть увеличено с помощью встроенного потенциометра регулировки чувствительности, но в этом случае датчик не должен устанавливаться в материал заподлицо.

Более подробно - см. ниже, в разделе «Работа с объектами со слабым воздействием» ТУРК офис Минск • тел. +375 (17) 210 59 57 • факс +375 (17) 227 53 13 • e-mail: turck@infonet.by • www.turck.com5

d

d

d

n

n