Kapazitive Wegaufnehmer sind Vorrichtungen, die zur Messung kleiner Verschiebungen durch Detektion von Kapazitätsänderungen verwendet werden. Die Ausgangsspannung dieser Wandler hängt von verschiedenen Parametern ab, einschließlich der Geometrie des Kondensators und der angelegten Spannung. Dieser Artikel bietet eine schrittweise Anleitung zur Berechnung der Ausgangsspannung in solchen Systemen.

Grundprinzipien verstehen

Das Kernprinzip eines kapazitiven Weggebers besteht darin, daß die Kapazität durch die Verschiebung verändert wird, wobei bei Verschiebung der beweglichen Platte der Abstand zwischen den Platten variiert und die Kapazität verändert wird, was in ein messbares Spannungssignal umgewandelt werden kann.

Berechnung der Kapazitätsänderung

Die Kapazität eines Parallelplattenkondensators ergibt sich aus:

C = ε0 * A / d

Wobei:

  • ε0 ist die Permittivität des freien Raums.
  • A ist die Fläche der Platten
  • d ist der Abstand zwischen den Platten

Die Verschiebung bewirkt eine Änderung in d, was zu einer Änderung der Kapazität führt (ΔC.

Umwandeln der Kapazitätsänderung in Spannung

Der Wandler verwendet typischerweise eine Oszillator- oder Ladungsverstärkerschaltung. Die Kapazitätsänderung beeinflusst die Ausgangsspannung entsprechend der Schaltungsanordnung. Für einen einfachen Ladungsverstärker kann die Ausgangsspannung (V out) berechnet werden als:

V out = (Q / C) * R

Wobei:

  • Q ist die Ladung, die an den Kondensator angelegt wird.
  • R ist der Rückkopplungswiderstand in der Schaltung

Endgültige Berechnungsschritte

1. Bestimmen Sie die Anfangskapazität (C0) an der Referenzposition.

2. Messen oder Berechnen der Kapazitätsänderung (ΔC) aufgrund von Verschiebung.

3. Verwenden Sie die Schaltkreisparameter (Q und R), um die Ausgangsspannung zu finden (V out).

Dieser Prozess ermöglicht eine präzise Messung der Verschiebung durch die Übersetzung von Kapazitätsänderungen in Spannungssignale.