Senzorii capacitivi și piezoelectrici sunt utilizați pe scară largă în diverse industrii pentru măsurarea cantităților fizice, cum ar fi presiunea, accelerația și deplasarea. Înțelegerea principiilor lor ajută la selectarea senzorului adecvat pentru aplicații specifice și la efectuarea de calcule exacte legate de funcționarea lor.

Principii ale senzorilor capacitivi

Senzorii capacitivi funcționează pe baza modificărilor de capacitate cauzate de variațiile proprietăților de distanță sau dielectrice între două plăci conductoare. Atunci când o cantitate fizică determină aceste plăci să se miște sau să modifice materialul dielectric, capacitatea se modifică în consecință.

Capacitatea (C) se calculează utilizând formula:

C = ε A / d

unde &epsilonul este permisivitatea materialului dielectric, A este aria plăcilor, iar d este distanța dintre ele.

Principii ale senzorilor piezoelectrici

Senzorii piezoelectrici generează o sarcină electrică atunci când sunt supuși la stres mecanic. Această proprietate se datorează structurii cristalizate a materialelor piezoelectrice, care produce o tensiune proporțională cu forța sau presiunea aplicată.

Relația dintre forța aplicată (F) și tensiunea generată (V) poate fi exprimată ca:

V = d * F

Exemple de calcul

Exemplul 1: Senzor capacitiv

Un senzor capacitiv are o suprafaţă de 10 cm[2, o autorizaţie dielectrică de 8,85 x 10-12 F/m, iar distanţa dintre plăci se schimbă de la 1 mm la 0,9 mm. Calculează modificarea capacităţii.

Capacitate inițială:

C[ iniţial[ = (8,85 x 10-12) * 0,0001 / 0,001 = 8,85 x 10-12 F

Capacitate finală:

C[finală[ = (8,85 x 10-12) * 0,0001 / 0,0009 = 9,83 x 10-12 F

Modificarea capacităţii: 9,83 x 10-12 - 8,85 x 10-12 = 0,98 x 10-12 F

Exemplul 2: Senzorul piezoelectric

Un senzor piezoelectric produce o tensiune de 5 V atunci când se aplică o forță de 10 N. Găsiți tensiunea generată atunci când forța crește la 15 N, presupunând un comportament liniar.

Folosind relația V = d * F, și presupunând că d rămâne constantă:

V[1 = d * 10 N = 5 V

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

Pentru 15 N:

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