Cómo funcionan los sensores capacitivos
Los sensores capacitivos utilizan varios tipos de condensadores como elementos de detección. Debido al cambio en el valor medido, la capacitancia del capacitor cambiará. A través del circuito de medición, el cambio en la capacitancia se puede convertir en una salida de señal eléctrica. Midiendo la magnitud de la señal eléctrica, se puede juzgar la magnitud medida. Este es el principio básico de funcionamiento de los sensores capacitivos.
Ventajas de los sensores capacitivos
1. Buena estabilidad de temperatura
El valor de capacitancia del sensor capacitivo generalmente es independiente del material del electrodo, lo que favorece la selección de materiales con coeficientes de temperatura bajos y tiene poca influencia en la estabilidad debido a su generación de calor muy pequeña. El sensor de resistencia tiene pérdida de cobre, que es fácil de generar deriva cero debido a la generación de calor.
2. Estructura sencilla
El sensor capacitivo tiene una estructura simple, es fácil de fabricar y asegura una alta precisión, y puede hacerse muy pequeño para lograr algunas medidas especiales; puede funcionar en entornos hostiles como alta temperatura, fuerte radiación y fuertes campos magnéticos, y puede soportar grandes cambios de temperatura, soportar alta presión, alto impacto, sobrecarga, etc.; puede medir temperaturas ultra-altas y diferencias de baja presión, y también puede medir el trabajo magnético.
3. Buena respuesta dinámica
Debido a la pequeña atracción electrostática entre las placas de los electrodos (alrededor de unos 10(-5)N), el sensor capacitivo requiere muy poca energía y su parte móvil puede hacerse muy pequeña y delgada, es decir, la masa es muy luz, por lo que su frecuencia natural es alta, el tiempo de respuesta dinámica es corto y puede trabajar a frecuencias de varios megahercios, lo que es especialmente adecuado para mediciones dinámicas. Y debido a su pequeña pérdida dieléctrica, puede alimentarse a una frecuencia más alta, por lo que el sistema opera a una frecuencia alta. Se puede utilizar para medir parámetros que cambian rápidamente.
4. Medición sin-contacto y alta sensibilidad
Medición sin-contacto de vibración o excentricidad de ejes giratorios, juego radial de rodamientos de bolas pequeños, etc. Cuando se utiliza la medición sin-contacto, el sensor capacitivo tiene un efecto promedio, que puede reducir la influencia de la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo en la medición.
In addition to the above advantages, capacitive sensors can measure extremely low pressure, force, and small acceleration, displacement, etc. It can be made very sensitive, with high resolution, and can sense displacements of 0.01μm or even smaller. Due to its small loss of medium such as air, the zero residual generated when the differential structure is connected in a bridge type is small, so the circuit is allowed to perform high magnification amplification, so that the instrument has high sensitivity.
Desventajas de los sensores capacitivos
1. Alta impedancia de salida y poca capacidad de carga.
No matter what type of capacitive sensor, limited by the geometric size of the electrode plate, its capacitance is very small, generally tens to hundreds of picofarads (pF), so the output impedance of the capacitive sensor is very high, up to Ω. Due to the high output impedance, the output power is small, the load capacity is poor, and it is easily affected by external interference and causes instability, and even cannot work in severe cases.
2. La capacitancia parásita tiene una gran influencia.
La capacitancia inicial del sensor capacitivo es muy pequeña, mientras que la capacitancia del cable conductor que conecta el sensor y el circuito electrónico, la capacitancia parásita del circuito electrónico y la capacitancia formada por la placa capacitiva y los conductores circundantes son relativamente grandes. La existencia de capacitancia parásita no solo reduce la sensibilidad de la medición, sino que también provoca una salida no lineal. Dado que la capacitancia parásita cambia aleatoriamente, el sensor se encuentra en un estado de funcionamiento inestable, lo que afecta la precisión de la medición.