Ёмкостные датчики давления
2 месяца назад
1 мин.
0
Ёмкостные датчики давления: точность измерений, чувствительность и инженерные особенности применения.
Ёмкостные датчики давления относятся к высокоточным измерительным системам, особенно эффективным при контроле низких давлений и микроскопических перепадов давления. Их функционирование основано на изменении электрической ёмкости между двумя электродами при деформации чувствительной мембраны.
Принцип действия
Основой датчика является ёмкостная система:
- один электрод — подвижная мембрана;
- второй — неподвижная пластина.
Когда давление воздействует на мембрану, она прогибается, расстояние между электродами изменяется, электрическая ёмкость системы меняется, это изменение преобразуется в измерительный сигнал. Изменение ёмкости регистрируется высокочувствительной схемой, измеряющей изменения вплоть до фемтофарад (10⁻¹⁵ F).
Конструкция
Ёмкостные датчики могут изготавливаться в нескольких вариантах:
Тип 1: c воздушным зазором
Между электродами — воздух или газ.
- быстрый отклик;
- минимальная инерционность.
Тип 2: с заполнением жидкостью
Используются диэлектрические гелевые среды.
- высокая стабильность;
- температурная инвариантность.
Тип 3: мембрана из диэлектрика
Мембрана выполняет одновременно функции электрода и диэлектрика.
- устойчивость к агрессивным средам.
Электронная обработка сигнала
Выходной сигнал проходит этапы:
- модуляция (частотная или фазовая);
- компенсация температуры;
- подавление шумов;
- линейная коррекция;
- цифровое преобразование.
В современных датчиках возможна встроенная самоадаптивная фильтрация помех.
Преимущества ёмкостных датчиков
- исключительная точность;
- высокая разрешающая способность;
- низкий дрейф;
- устойчивость к старению;
- низкое энергопотребление;
- минимальное влияние температуры.
Они способны распознавать изменения давления на уровне 0,1% или даже ниже.
Ограничения и особенности
- не подходят для грязных и липких сред без разделительной мембраны;
- требуют защиты от влаги внутри корпуса;
- чувствительны к изменениям диэлектрических свойств среды.
Если мембрана загрязняется осадками или отложениями, ёмкостные характеристики искажаются.
Области применения
Эти датчики используются там, где нужно измерять малые давления с высокой точностью:
- барометры;
- мониторинг атмосферного давления;
- медицинские датчики дыхания;
- вентиляционные системы;
- авионика;
- климатические системы;
- контроль герметичности систем;
- лабораторные тестовые установки.
Особенно ценятся в системах измерения давления воздуха и газов.
Монтаж и эксплуатация
Рекомендации при установке:
- исключать вибрационные перемещения корпуса;
- избегать конденсации внутри датчика;
- при работе с влажными газами использовать защитные мембраны;
- обеспечивать стабильную опору электродов;
- учитывать температурный градиент среды.
Инженерные заметки
- лучшие результаты достигаются при использовании стабилизированной температуры;
- ёмкостные датчики оптимальны для малых давлений, где механические методы неработоспособны;
- они безупречно измеряют микродавления и изменения давления воздуха.