Kapasitiivisia ja pietsosähköisiä sensoreita käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla fyysisten suureiden, kuten paineen, kiihtyvyyden ja siirtymän mittaamiseen. Niiden periaatteiden ymmärtäminen auttaa valitsemaan sopivan anturin tiettyihin sovelluksiin ja tekemään tarkkoja laskelmia niiden toiminnasta.

Kapasitiivisten anturien periaatteet

Kapasitanssin muutokset kahden johtavan levyn välillä vaikuttavat kapasitanssin muutoksiin. Kun fyysinen määrä aiheuttaa näiden levyjen siirtymisen tai muuttamisen, kapasitanssi muuttuu vastaavasti.

Kapasitanssi (C) lasketaan kaavalla:

]C = ε A / d]

jossa &epsiloni; on eristemateriaalin lupakelpoisuus, A on levyjen alue ja d on niiden välinen etäisyys.

Piezoelectrical Sensorsin periaatteet

Piezoelectric anturit tuottavat sähkövarausta, kun ne joutuvat mekaanisen rasituksen kohteeksi. Tämä ominaisuus johtuu pietsosähköisten materiaalien kristallirakenteesta, joka tuottaa jännitettä suhteessa käytettyyn voimaan tai paineeseen.

Syötetyn voiman (F) ja syntyneen jännitteen (V) välinen suhde voidaan ilmaista seuraavasti:

]V = d * F

Laskentaesimerkkejä

Esimerkki 1: Kapasitiivinen sensori

Kapasitiivisen anturin pinta-ala on 10 cm2, dielektrinen lupakyky 8.85 x 10-12 F/m, ja levyjen välinen etäisyys vaihtelee 1 mm:stä 0,9 mm:iin. Kapasitanssin muutos lasketaan.

Alkukapasitanssi:

Calkuvaiheen[] = (8.85 x 10-12]) * 0.0001 / 0.001 = 8.85 x 10-12[]

Lopullinen kapasitanssi:

Cfinal[] = (8.85 x 10-12]) * 0.0001 / 0.009 = 9,83 x 10[-12[] F

Kapasitanssin muutos: 9.83 x 10-12 - 8.85 x 10-12 = 0,98 x 10-12[] F

Esimerkki 2: Piezoelectric Sensor

Pietsosähköinen sensori tuottaa 5 V:n jännitteen 10 N:n voiman ollessa käytössä. Etsi jännite, joka syntyy, kun voima kasvaa 15 N:aan, olettaen lineaarisen käyttäytymisen.

Käyttämällä suhdetta V = d * F, ja olettaen d pysyy vakiona:

V1 = d * 10 N = 5 V

d = 5 V / 10 N = 0,5 V/N

15 N:n osalta:

V2 = 0,5 V/N * 15 N = 7,5 V