Kapasitiv og piezoelektriske sensorer brukes i stor grad i ulike bransjer for å måle fysiske mengder som trykk, akselerasjon og forskyvning. Forstå deres prinsipper hjelper til å velge den passende sensoren for spesifikke bruksområder og i å utføre nøyaktige beregninger relatert til deres drift.

Prinsippene for kapasitive sensorer

Kapasitiv sensorer opererer basert på endringer i kondensansen forårsaket av variasjoner i avstand eller dielektriske egenskaper mellom to ledende plater. Når en fysisk mengde forårsaker disse platene til å bevege seg eller endre det dielektriske materialet, endres kondensansen i samsvar med dette.

Kondensansen (C) beregnes ved hjelp av formelen:

C = ε A / d]

hvor ε er autoritativiteten til det dielektriske materialet, er A området til platene, og d er avstanden mellom dem.

Prinsippene for Piezoelektriske sensorer

Piezoelektriske sensorer genererer en elektrisk ladning når de blir utsatt for mekanisk stress. Denne egenskapen skyldes krystallstrukturen av piezoelektriske materialer, som produserer en spenning proporsjonal med den påførte kraften eller trykket.

Forholdet mellom den påførte kraft (F) og den genererte spenning (V) kan uttrykkes som:

V = d * F]

Eksempler på beregning

Eksempel 1: Kapasitiv sensor

En kapasitiv sensor har et areal på 10 cm]2], en dielektrisk autoritasjon på 8,85 x 10]-12] F/m, og avstanden mellom platene endres fra 1 mm til 0,9 mm. Beregn endringen i kondensansen.

Innledende kondensanse:

C]initial = (8.85 x 10]-12]) * 0,0001 / 0,001 = 8.85 x 10-12]

Sluttkondensanse:

C final = (8.85 x 10]-12]) * 0,0001 / 0,0009 = 9.83 x 10-12]

Endring i kapasitans: 9,83 x 10-12] - 8,85 x 10]-12] = 0,98 x 10-12]

Eksempel 2: Piezoelektrisk sensor

En piezoelektrisk sensor produserer en spenning på 5 V når en kraft på 10 N påføres. Finn spenningen generert når kraften øker til 15 N, påtar seg lineær oppførsel.

Ved å bruke forholdet V = d * F, og anta d forblir konstant:

V]1 = d * 10 N = 5 V

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

For 15 N:

V]2 = 0,5 V/N * 15 N = 7,5 V