I sensori capacitivi e piezoelettrici sono ampiamente utilizzati in varie industrie per la misurazione di quantità fisiche come pressione, accelerazione e spostamento. Capire i loro principi aiuta a selezionare il sensore appropriato per applicazioni specifiche e nell'esecuzione di calcoli accurati relativi al loro funzionamento.

Principi dei sensori capacitivi

I sensori capacitivi operano in base a variazioni di capacità causate da variazioni delle proprietà dielettriche o di distanza tra due piastre conduttive. Quando una quantità fisica provoca che queste piastre si muovono o alterano il materiale dielettrico, la capacità cambia di conseguenza.

La capacità (C) viene calcolata utilizzando la formula:

C = ε A / d

dove ε è la licenza del materiale dielettrico, A è l'area delle piastre, e d è la distanza tra di loro.

Principi dei sensori piezoelettrici

I sensori piezoelettrici generano una carica elettrica quando sono sottoposti a stress meccanico, la cui struttura è dovuta alla struttura in cristallo di materiali piezoelettrici, che produce una tensione proporzionale alla forza o alla pressione applicata.

Il rapporto tra la forza applicata (F) e la tensione generata (V) può essere espresso come:

V = d * F

Esempi di calcolo

Esempio 1: Sensore di capacitivo

Un sensore capacitivo ha una superficie di 10 cm[2[]], una permeabilità dielettrica di 8.85 x 10[[-12[] F/m, e la distanza tra le piastre cambia da 1 mm a 0,9 mm. Calcola il cambiamento di capacità.

Capacità iniziale:

initial[[] = (8.85 x 10[-12[]]]] * 0.0001 / 0.001 = 8.85 x 10-12 F

Capacità finale:

finale[] = (8.85 x 10[-12[]]]] * 0.0001 / 0.0009 = 9.83 x 10-12 F

Modifica della capacità: 9.83 x 10-12 - 8.85 x 10[-12 = 0,98 x 10-12 F

Esempio 2: Sensore Piezoelettrico

Un sensore piezoelettrico produce una tensione di 5 V quando viene applicata una forza di 10 N. Trova la tensione generata quando la forza aumenta a 15 N, assumendo un comportamento lineare.

Utilizzando il rapporto V = d * F, e supponendo d rimane costante:

V1 = d * 10 N = 5 V

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

Per 15 N:

V2 = 0.5 V/N * 15 N = 7.5 V