Energia, nem tudjuk megsemmisíteni, de az energiát egyik formáról egy másikra változtathatjuk. Bizonyos helyzetekben segítséget kell igénybe vennünk az energia egyik formájából, hogy azt másik formává változtassuk. Tehát az energiaátalakítási folyamat a „ Átalakítók ”. Különböző típusú átalakítók léteznek, például nyomásmérők, piezoelektromos átalakítók, ultrahangos jelátalakítók, hőmérséklet-átalakítók, kapacitív átalakítók stb. Ebben a cikkben megismerjük, mi a kapacitív átalakító, annak működési elvéről, kapcsolási rajzáról, típusairól, alkalmazásáról, előnyeiről és hátrányairól.
Mi az a kapacitív átalakító?
A jelátalakítókat két típusba sorolják, mint például az aktív átalakítók és a passzív átalakítók. Az aktív jelátalakítók olyan típusú átalakítók, amelyek működéséhez semmiféle áramot nem igényelnek. Míg a passzív jelátalakító külső energiát igényel az energiaátalakítási folyamatban való működésükhöz. Ezek az átalakítók passzív átalakítók alá kerültek.
A kapacitív átalakító meghatározása az elmozdulás (mekkora távolságot fedi le), a nyomás és más több fizikai mennyiség mérésére szolgál, ezeket az átalakítókat előnyben részesítjük. Ezekben az átalakítókban a lemezek közötti kapacitás változik a lemezek közötti távolság, a lemezek átfedése, a dielektromos közegváltozás miatt stb.
Kapacitív átalakító működési elve
A fenti ábra a kapacitív átalakítót mutatja. A a kapacitív átalakító működési elve változó kapacitású. Szerkezetének megfelelően ezeknek két párhuzamos fémpátuma van, amelyek fenntartják a köztük lévő távolságot. Közöttük dielektromos közeg (például levegő) tölthető fel. Tehát a két fémlemez és a lemezek helyzete közötti távolság megváltoztathatja a kapacitást. Tehát a változó kapacitás az elv ezeknek az átalakítóknak. Az alapvető különbség a normál kondenzátorok és a kapacitív átalakítók között, a kondenzátor lemezek a normál állapotban állandóak kondenzátorok ahol ezek az átalakítók, kondenzátorlemezek a mozgatható állapot.
kapacitív-átalakító
A változó kondenzátor kapacitása ezzel a képlettel mérhető.
Kapacitív-átalakító-képlet
Ebben a képletben:
C a változó kapacitás kapacitását jelzi
Az εo a szabad tér permittivitását jelzi
εr a relatív permittivitást jelzi
A jelzi a lemezek területét
D jelzi a lemezek közötti távolságot
Tehát a képlet szerint a változó kapacitás értéke négy fontos paramétertől függ. Ezek a változtatható kondenzátor lemezei közötti távolság, a lemezek elfoglaló területe, a szabad tér permittivitása, a relatív permittivitás és a dielektromos anyag. Ezek a paraméterek változtathatják a változó kondenzátor kapacitási értékét.
- A dielektromos állandó változása megváltoztathatja ennek az átalakítónak a kapacitását.
- Ezen átalakítók lemezeinek területe változtathatja kapacitási értékét.
- A lemezek közötti távolság változtathatja az átalakítók kapacitási értékét. Leginkább ezt a módszert alkalmazzák. Ebben a módszerben a dielektromos közeget és a lemezek területét állandó értéken tartjuk. Amikor a lemezek mozognak, a távolság változik, és ez megváltoztatja a kapacitív átalakító kapacitását.
Ez a fenti három módszer használható ennek az átalakítónak a kapacitási értékének megváltoztatására.
Kapacitív áramkör diagram
A fenti kapcsolási rajz a kapacitív átalakító egyenértékű kapcsolási rajzát mutatja. A változó kondenzátor és a normál kondenzátor közötti különbség az, hogy a változó kondenzátor kapacitása változó, míg egy normál kondenzátorban a kapacitás értéke rögzített és nem változtatható meg.
kapacitív-átalakító-kapcsolási rajz
A kapacitív átalakító típusai
A kapacitív átalakító szerkezete szerint négy típusról van szó, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk. Ők
- Párhuzamos lemezkapacitás téglalap alakú lemezekkel.
- Hengeres kondenzátor-átalakító.
- Félkör alakú párhuzamos lemezek.
- A párhuzamos lemezek közötti dielektrikum változása.
Párhuzamos lemezkapacitás téglalap alakú lemezekkel
Ezt lapos típusú kapacitív átalakítónak is nevezik. Ebben a típusú átalakítóban az egyik lemez rögzítve van, a másik lemez pedig mozgatható. Ezzel a variációval a d távolság vagy az A terület változtatható. Ez ennek a jelátalakítónak a kapacitási értékét eredményezi.
lapos típusú kapacitív átalakító
Ha az A terület változik, és a C kapacitás értéke akkor lenne, ha a lemezek távolsága x, akkor
C= ε(A-wx)/d
Hengeres kapacitású átalakító
hengeres-kapacitív átalakító
Figyelembe véve a henger hosszát L-nek kell lennie, akkor a kapacitást
hengeres-kapacitív-egyenlet
Félkör alakú kapacitív átalakító
Ez a típus biztosítja a legnagyobb kapacitási értéket, ha a két kapacitív lemez átfedésben van egymással. Ezek akkor előnyösek, ha az áramkör maximális kapacitást igényel.
kör-párhuzamos-lemez-diagram
Ebben a típusú kapacitív átalakítóban a terület A = πr ^ 2/2 és a kapacitás C = ε πr ^ 2 / 2d
Dielektromos közeg változása a párhuzamos lemezek között
Amikor a dielektromos közeg változik ennek az átalakítónak a két párhuzamos lemeze között, ez megváltoztatja az átalakító kapacitását is.
Ezért kapacitás C = εo (ε1 * L1 * w + ε2 * L2 * w) / d
Itt - L1 és L2 jelöli az 1. és 2. lemez hosszát.
W jelzi a lemez szélességét
D jelzi a lemezek közötti távolságot
Előnyök
A kapacitív átalakító előnyei az alábbiakban tárgyaljuk. Ők
- Ezek az átalakítók nagy bemeneti impedanciát kínálnak. Tehát a terhelési hatások értéke túl alacsony lesz.
- Ezeknek az átalakítóknak a frekvencia-válasza rendkívül magas.
- Ezek az átalakítók nagyon érzékenyek.
- Ezek működéséhez alacsony energiafogyasztás szükséges. Tehát ezeket az átalakítókat alacsony fogyasztású készülékeknek nevezzük.
- Ezen átalakítók használatával nagy felbontás lehetséges.
Hátrányok
Van néhány a kapacitív átalakító hátrányai az alábbiakban soroljuk fel. Ők
- Nagy a kimeneti impedanciája. E magas kimeneti impedanciaérték miatt bonyolult áramkörre van szükség a kimenet méréséhez. A kimeneti áramkörnek pedig erősnek kell lennie ahhoz, hogy fenntartsa ezt a nagy kimeneti hatalmas értéket.
- Ezek az átalakítók nem-lineáris viselkedést mutatnak az élhatások miatt.
- Ezek hőmérsékletfüggőek. A külső hőmérséklet értéke befolyásolhatja ezt az átalakító kapacitási értékét.
Alkalmazások
A kapacitív átalakító alkalmazásai a következők
- Ennek az átalakítónak széles körű alkalmazási területe van a mennyiségek, például a hőmérséklet, az elmozdulás és a nyomás stb. Meghatározásában. A kapacitív átalakító alkalmazásokat az alábbiakban soroljuk fel.
- Ezeknek az átalakítóknak az érzékenységi tényezővel való lineáris és szögeltolódás területén van alkalmazásuk.
- Ennek az átalakítónak az egyik legjobb alkalmazása a páratartalom megállapítása. Mivel a páratartalom értéke megváltozik, ennek az átalakítónak a kapacitása is változik. Ezen érték alapján mérhetjük a páratartalom változását.
- A változó kapacitású nyomástávadó alkalmas arra, hogy a változó kapacitás felhasználásával megtalálja a nyomásváltozásokat.
Így kapacitív átalakítók hasznosak az egyik energiaforma átalakításához egy másik energiává a kapacitás értékének változásával. Ezek a passzív átalakítók, mert ehhez külső energiára van szükség a működtetéshez. Ezen átalakítók segítségével megmérhetjük a nyomást, a hőmérsékletet és az elmozdulást stb.
