Energia, me ei saa seda hävitada, kuid võime muuta energiat ühelt vormilt teisele. Mõnes olukorras peame võtma abi ühest energiavormist, et see teiseks vormiks muuta. Nii saab energia muundamise protsessi kasutada Andurid ”. Andureid on erinevat tüüpi, näiteks rõhuandurid, piesoelektriline muundurid, ultraheliandurid, temperatuuriandurid, mahtuvuslikud andurid jne. Selles artiklis tutvume mahtuvusliku muunduri, selle tööpõhimõtte, elektriskeemi, tüüpide ning rakenduste, eeliste ja puudustega.
Mis on mahtuvuslik muundur?
Andurid on jaotatud kahte tüüpi, näiteks aktiivsed andurid ja passiivsed muundurid. Aktiivsed andurid on ühte tüüpi muundurid, mille tööks pole vaja mingisugust voolu. Kusjuures passiivne muundur vajab energia muundamise protsessis töötamiseks välist toiteallikat. Need muundurid on sattunud passiivsete andurite alla.
Mahtuvusliku anduri määratlus on mõõta nihet (kui palju vahemaad see läbib), rõhku ja muid füüsikalisi suurusi. Eelistatavad on need muundurid. Nendes muundurites on plaatide vaheline mahtuvus varieeruv plaatide vahelise kauguse, plaatide kattumise, dielektrilise keskkonna muutuse jne tõttu.
Mahtuvusega muunduri tööpõhimõte
Ülaltoodud diagramm näitab mahtuvuslikku andurit. The mahtuvusliku anduri tööpõhimõte on muutuv mahtuvus. Vastavalt oma struktuurile on neil kaks paralleelset metallist paati, mis hoiavad nende vahelist kaugust. Nende vahel võib täita dielektrilist keskkonda (näiteks õhku). Niisiis, nende kahe metallplaadi ja plaatide asendite vaheline kaugus võib mahtuvust muuta. Niisiis, nende andurite põhimõte on muutuv mahtuvus. Põhiline erinevus tavaliste kondensaatorite ja mahtuvuslike andurite vahel on kondensaator plaadid on normis konstantsed kondensaatorid kusjuures need andurid, kondensaatorplaadid on liikuvad tingimused.
mahtuvuslik-andur
Selle valemiga saab mõõta muutuva kondensaatori mahtuvust.
Mahtuvuse-muunduri valem
Selles valemis:
C tähistab muutuva mahtuvuse mahtuvust
εo näitab vaba ruumi läbilaskvust
εr näitab suhtelist läbilaskvust
A tähistab plaatide pindala
D tähistab plaatide vahelist kaugust
Nii et valemi järgi sõltub muutuv mahtuvuse väärtus neljast olulisest parameetrist. Need on muutuva kondensaatori plaatide vaheline kaugus, plaatide hõivatud pind, vaba ruumi läbilaskvus, suhteline läbilaskvus ja dielektriline materjal. Need parameetrid võivad muuta muutuva kondensaatori mahtuvuse väärtust.
- Dielektrilise konstandi muutus võib selle muunduri mahtuvust muuta.
- Nende muundurite plaatide pindala võib selle mahtuvuse väärtust muuta.
- Plaatide vaheline kaugus võib muundurite mahtuvuse väärtust muuta. Seda meetodit kasutatakse enamasti. Selles meetodis hoitakse plaatide dielektrilist keskkonda ja pindala konstantsena. Kui plaadid liiguvad, on vahemaa erinev ja selle tulemusel muutub mahtuvusliku muunduri mahtuvus.
Neid kolme ülaltoodud meetodit kasutatakse selle muunduri mahtuvuse väärtuse muutmiseks.
Mahtuvuslik vooluringi skeem
Ülaltoodud skeem näitab mahtuvusliku muunduri ekvivalentskeemi. Muutuva kondensaatori ja tavalise kondensaatori vahe on see, et muutuva kondensaatori mahtuvus on erinev, samas kui tavalise kondensaatori korral on mahtuvuse väärtus fikseeritud ja seda ei saa muuta.
mahtuvuslik-muunduri-skeem
Mahtuvusanduri tüübid
Vastavalt mahtuvusliku muunduri struktuurile on need neli tüüpi, mida käsitletakse allpool. Nemad on
- Ristkülikukujuliste plaatidega paralleelne plaatide mahtuvus.
- Silindriline kondensaatori muundur.
- Poolringikujulised paralleelplaadid.
- Dielektriku muutus paralleelsete plaatide vahel.
Ristkülikukujuliste plaatidega paralleelne plaatide mahtuvus
Seda nimetatakse ka lamedat tüüpi mahtuvuslikuks muunduriks. Seda tüüpi muundurites on üks plaat fikseeritud ja teist plaati saab liigutada. Selle variatsiooni abil saab muuta kaugust d või ala A. Selle tulemuseks on selle muunduri mahtuvuse väärtus.
lameda tüüpi mahtuvuslik muundur
Kui pindala A varieerub ja mahtuvuse väärtus C oleks siis, kui plaatide vahemaa on x, siis
C = ε (A-wx) / d
Silindriline mahtuvusandur
silindriline-mahtuvuslik-andur
Võttes arvesse silindri pikkust, peab see olema L, siis mahtuvus
silindriline-mahtuvuslik-võrrand
Poolringikujuline mahtuvusandur
See tüüp tagab suurima mahtuvuse väärtuse, kui kaks mahtuvusplaati on üksteisega kattuvad. Need on eelistatavad, kui vooluahel vajab maksimaalset mahtuvust.
ringikujuline-paralleelplaat-diagramm
Seda tüüpi mahtuvusliku anduri puhul pindala A = πr ^ 2/2 ja mahtuvus C = ε πr ^ 2 / 2d
Dielektrilise keskkonna muutus paralleelsete plaatide vahel
Kui dielektriline keskkond varieerub selle muunduri kahe paralleelse plaadi vahel, muudab see ka anduri mahtuvust.
Seetõttu mahtuvus C = εo (ε1 * L1 * w + ε2 * L2 * w) / d
Siin - L1 ja L2 tähistavad 1. ja 2. plaadi pikkuse pikkust.
W tähistab plaadi laiust
D tähistab plaatide vahelist kaugust
Eelised
The mahtuvuslike andurite eelised käsitletakse allpool. Nemad on
- Need andurid pakuvad suurt sisendtakistust. Seega on koormusefektide väärtus liiga madal.
- Nende muundurite sagedusreaktsioon on äärmiselt kõrge.
- Need muundurid on ülitundlikud.
- Need tarbivad töötamiseks vähe energiat. Niisiis nimetatakse neid muundureid madala energiatarbega seadmeteks.
- Nende muundurite abil on võimalik kõrge eraldusvõime.
Puudused
Neid on vähe mahtuvusliku anduri puudused on loetletud allpool. Nemad on
- Sellel on kõrge väljundtakistus. Selle kõrge väljundtakistuse tõttu on väljundi mõõtmiseks vaja keerukat vooluahelat. Selle suure väljundväärtuse säilitamiseks peab väljundahel olema võimas.
- Nendel muunduritel on servamõjude tõttu mittelineaarne käitumine.
- Need sõltuvad temperatuurist. Väline temperatuuri väärtus võib seda anduri mahtuvuse väärtust mõjutada.
Rakendused
Mahtuvusliku anduri rakendused on
- Sellel anduril on suur hulk rakendusi selliste koguste määramiseks nagu temperatuur, töömaht ja rõhk jne. Mahtuvate andurite rakendused on loetletud allpool.
- Nendel muunduritel on rakendused tundlikkuse teguriga lineaarse ja nurknihke valdkonnas.
- Selle muunduri üks parimaid rakendusi on niiskustaseme leidmine. Niiskuse väärtuse muutudes muutub ka selle muunduri mahtuvuse väärtus. Selle väärtuse järgi saame mõõta niiskuse muutust.
- Muutuva mahtuvusega rõhuandurit saab kasutada muutuva mahtuvuse abil rõhumuutuste leidmiseks.
Seega mahtuvuslik andurid on kasulikud ühe energiavormi muundamiseks teiseks energiavormiks, võttes arvesse mahtuvuse väärtuse muutust. Need on passiivsed andurid, kuna nende töötamiseks on vaja välist jõudu. Ja nende muundurite abil saame mõõta rõhku, temperatuuri ja nihet jne.
