Capacitive Transducer คืออะไร: การทำงานและการใช้งาน

พลังงานเราไม่สามารถทำลายมันได้ แต่เราสามารถเปลี่ยนพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้ ในบางสถานการณ์เราจำเป็นต้องใช้ความช่วยเหลือจากพลังงานรูปแบบหนึ่งเพื่อเปลี่ยนเป็นรูปแบบอื่น ดังนั้นกระบวนการแปลงพลังงานสามารถทำได้โดยใช้“ ทรานสดิวเซอร์ ”. มีทรานสดิวเซอร์หลายประเภทเช่นตัวแปลงความดัน เพียโซอิเล็กทริก ทรานสดิวเซอร์, ตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิก, ตัวแปลงอุณหภูมิ, ตัวแปลงสัญญาณแบบคาปาซิทีฟเป็นต้นในบทความนี้เราจะมาทำความรู้จักกับตัวแปลงสัญญาณคาปาซิทีฟคืออะไรหลักการทำงานแผนภาพวงจรประเภทและการใช้งานข้อดีและข้อเสีย

Capacitive Transducer คืออะไร?

ทรานสดิวเซอร์แบ่งออกเป็นสองประเภทเช่นตัวแปลงสัญญาณที่ใช้งานอยู่และตัวแปลงสัญญาณแบบพาสซีฟ แอกทีฟทรานสดิวเซอร์เป็นทรานสดิวเซอร์ชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องใช้พลังงานใด ๆ ในการทำงาน ในขณะที่ตัวแปลงสัญญาณแบบพาสซีฟต้องการพลังงานจากภายนอกสำหรับการทำงานในกระบวนการแปลงพลังงาน ตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้อยู่ภายใต้ตัวแปลงสัญญาณแบบพาสซีฟ

คำจำกัดความของตัวแปลงสัญญาณคาปาซิทีฟคือการวัดการกระจัด (ระยะทางที่ครอบคลุม) ความดันและปริมาณทางกายภาพอื่น ๆ ซึ่งเป็นที่ต้องการของตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้ ในทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ความจุระหว่างเพลตจะแตกต่างกันไปเนื่องจากระยะห่างระหว่างเพลตการทับซ้อนกันของเพลตเนื่องจากการเปลี่ยนตัวกลางไดอิเล็กทริกเป็นต้น

หลักการทำงานของ Capacitive Transducer

แผนภาพด้านบนแสดงถึงตัวแปลงสัญญาณคาปาซิทีฟ หลักการทำงานของตัวแปลงสัญญาณแบบ capacitive คือความจุตัวแปร ตามโครงสร้างของมันมีโลหะคู่ขนานสองแผ่นซึ่งรักษาระยะห่างระหว่างกัน ในระหว่างนั้นสามารถเติมสื่ออิเล็กทริก (เช่นอากาศ) ได้ ดังนั้นระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะทั้งสองนี้และตำแหน่งของแผ่นสามารถเปลี่ยนความจุได้ ดังนั้นความจุตัวแปรจึงเป็นหลักการของทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างตัวเก็บประจุปกติและตัวแปลงสัญญาณแบบคาปาซิทีฟคือ ตัวเก็บประจุ จานมีค่าคงที่ตามปกติ ตัวเก็บประจุ ซึ่งตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้แผ่นตัวเก็บประจุเป็นสภาพที่เคลื่อนย้ายได้

ตัวแปลงสัญญาณ capacitive

สูตรนี้สามารถวัดความจุของตัวเก็บประจุแบบแปรผันได้

Capacitive-transducer- สูตร

ในสูตรนี้:

C หมายถึงความจุของความจุตัวแปร
εoแสดงถึงการอนุญาตของพื้นที่ว่าง
εrหมายถึงการอนุญาตแบบสัมพัทธ์
A หมายถึงพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลก
D หมายถึงระยะห่างระหว่างจาน

ตามสูตรแล้วค่าความจุตัวแปรจะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่สำคัญสี่ตัว พวกเขาคือระยะห่างระหว่างจานของตัวเก็บประจุแบบแปรผันพื้นที่ครอบครองของจานการอนุญาตของพื้นที่ว่างการอนุญาตสัมพัทธ์และวัสดุอิเล็กทริก พารามิเตอร์เหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงค่าความจุของตัวเก็บประจุแบบแปรผันได้

• การเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ของไดอิเล็กทริกสามารถเปลี่ยนแปลงความจุของตัวแปลงสัญญาณนี้ได้
• พื้นที่ของเพลตของทรานสดิวเซอร์เหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงค่าความจุได้
• ระยะห่างระหว่างเพลตอาจทำให้ค่าความจุของทรานสดิวเซอร์แตกต่างกันไป วิธีนี้ส่วนใหญ่จะใช้ ในวิธีนี้ตัวกลางอิเล็กทริกและพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกจะคงที่ เมื่อจานกำลังเคลื่อนที่ระยะทางจะแตกต่างกันไปและส่งผลให้ความจุของตัวแปลงสัญญาณ capacitive เปลี่ยนแปลงไป

สามวิธีข้างต้นนี้ใช้เพื่อเปลี่ยนค่าความจุของตัวแปลงสัญญาณนี้

แผนภาพวงจร Capacitive

แผนภาพวงจรด้านบนแสดงถึงแผนภาพวงจรเทียบเท่าของตัวแปลงสัญญาณคาปาซิทีฟ ความแตกต่างระหว่างตัวเก็บประจุแบบแปรผันกับตัวเก็บประจุปกติคือความจุของตัวเก็บประจุแบบแปรผันจะแตกต่างกันไปในขณะที่ตัวเก็บประจุแบบปกติค่าความจุคงที่และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

capacitive-transducer-circuit-diagram

ประเภทของ Capacitive Transducer

ตามโครงสร้างของตัวแปลงสัญญาณ capacitive มีสี่ประเภทซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง พวกเขาคือ

• ความจุแผ่นขนานกับแผ่นสี่เหลี่ยม
• ตัวแปลงสัญญาณตัวเก็บประจุทรงกระบอก
• แผ่นขนานครึ่งวงกลม.
• เปลี่ยนอิเล็กทริกระหว่างแผ่นขนาน

ความจุของแผ่นขนานกับแผ่นสี่เหลี่ยม

สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าตัวแปลงสัญญาณ capacitive ชนิดแบน ในทรานสดิวเซอร์ประเภทนี้จะยึดแผ่นเดียวและอีกแผ่นหนึ่งสามารถเคลื่อนย้ายได้ โดยรูปแบบนี้ระยะทาง d หรือพื้นที่ A สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ส่งผลให้ค่าความจุของตัวแปลงสัญญาณนี้

ตัวแปลงสัญญาณแบบแบนชนิด capacitive

หากพื้นที่ A แตกต่างกันไปและค่าความจุ C จะเป็นเมื่อเพลตมีระยะห่าง x ดังนั้น

C = ε (A-wx) / ง

ตัวแปลงสัญญาณ Capacitive ทรงกระบอก

ทรงกระบอก - ตัวแปลงสัญญาณคาปาซิทีฟ

เมื่อพิจารณาถึงความยาวของกระบอกสูบจะต้องเป็น L ดังนั้นความจุ

ทรงกระบอก - ตัวเก็บประจุ - สมการ

ตัวแปลงสัญญาณ Capacitive กึ่งวงกลม

ประเภทนี้จะให้ค่าความจุสูงสุดเมื่อแผ่นคาปาซิทีฟทั้งสองซ้อนทับกัน สิ่งเหล่านี้ดีกว่าเมื่อวงจรต้องการความจุสูงสุด

วงกลมขนานแผ่นแผนภาพ

ในตัวแปลงสัญญาณ capacitive ประเภทนี้พื้นที่ A = πr ^ 2/2 และความจุ C = επr ^ 2 / 2d

เปลี่ยนสื่ออิเล็กทริกระหว่างแผ่นขนาน

เมื่อสื่ออิเล็กทริกแตกต่างกันระหว่างแผ่นขนานทั้งสองของตัวแปลงสัญญาณนี้ความจุของตัวแปลงสัญญาณนั้นก็จะแตกต่างกันไป

ดังนั้นความจุ C = εo (ε1 * L1 * w + ε2 * L2 * w) / d

ที่นี่ - L1 และ L2 แสดงความยาวของแผ่นที่ 1 และ 2

W หมายถึงความกว้างของแผ่น

D หมายถึงระยะห่างระหว่างจาน

ข้อดี

ข้อดีของตัวแปลงสัญญาณแบบ capacitive จะกล่าวถึงด้านล่าง พวกเขาคือ

• ตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้มีความต้านทานอินพุตสูง ดังนั้นค่าเอฟเฟกต์การโหลดจะต่ำเกินไป
• การตอบสนองความถี่ของทรานสดิวเซอร์เหล่านี้สูงมาก
• ตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้มีความไวสูง
• สิ่งเหล่านี้ใช้พลังงานต่ำในการทำงาน ดังนั้นตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้จึงเรียกว่าอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ
• ความละเอียดสูงสามารถทำได้โดยใช้ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้

ข้อเสีย

มีไม่กี่อย่าง ข้อเสียของตัวแปลงสัญญาณแบบ capacitive อยู่ด้านล่าง พวกเขาคือ

• มีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตสูง เนื่องจากค่าอิมพีแดนซ์เอาต์พุตสูงจึงจำเป็นต้องใช้วงจรที่ซับซ้อนในการวัดเอาต์พุต และวงจรเอาท์พุตจะต้องมีประสิทธิภาพเพื่อรักษามูลค่ามหาศาลของเอาต์พุตนี้ไว้
• ตัวแปลงสัญญาณเหล่านี้แสดงพฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้นเนื่องจากเอฟเฟกต์ขอบ
• สิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ค่าอุณหภูมิภายนอกอาจส่งผลต่อค่าความจุของตัวแปลงสัญญาณนี้

การใช้งาน

การใช้งานของตัวแปลงสัญญาณ capacitive คือ

• ทรานสดิวเซอร์นี้มีการใช้งานที่หลากหลายในการกำหนดปริมาณเช่นอุณหภูมิการกระจัดและความดันเป็นต้นการใช้งานตัวแปลงสัญญาณคาปาซิทีฟมีรายการด้านล่าง
• ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้มีการใช้งานในด้านการกระจัดเชิงเส้นและเชิงมุมด้วยปัจจัยความไว
• หนึ่งในแอพพลิเคชั่นที่ดีที่สุดของทรานสดิวเซอร์นี้คือการค้นหาระดับความชื้น เมื่อค่าความชื้นเปลี่ยนค่าความจุของตัวแปลงสัญญาณนี้ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ด้วยค่านี้เราสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของความชื้นได้
• ตัวแปลงสัญญาณความดันความจุตัวแปรสามารถใช้เพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลงความดันโดยใช้ความจุตัวแปร

ดังนั้น capacitive ทรานสดิวเซอร์ มีประโยชน์ในการแปลงพลังงานรูปแบบหนึ่งไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่นโดยการเปลี่ยนค่าความจุ นี่คือทรานสดิวเซอร์แบบพาสซีฟเนื่องจากต้องใช้พลังงานภายนอกในการใช้งาน และด้วยความช่วยเหลือของทรานสดิวเซอร์เหล่านี้เราสามารถวัดความดันอุณหภูมิและการกระจัด ฯลฯ