اصل کار سوئیچ سطح خازنی RF

اصل کار سوئیچ سطح خازنی RF چیست؟

سنسورهای سوئیچ سطح خازنی RF ساختارهای سطح خازنی هستند که گاهی اوقات به عنوان سنسورهای سطح پذیرش نیز شناخته می شوند. این سنسورها از مدار پل امپدانس متعادل فرکانس رادیویی استفاده می کنند تا بفهمند که آیا کاوشگر با ماده فرآیندی که سطح آن شناسایی می شود در تماس است یا خیر. کالیبراسیون زمانی انجام می شود که مواد با کاوشگر تماس نداشته باشند. پل با چرخاندن دیگ تنظیم متعادل می شود تا آستانه تعادل پل را پیدا کنید.

وقتی مواد با کاوشگر تماس پیدا می کند، پل نامتعادل می شود و مدار مقایسه متوجه تغییر می شود. سنسورهای سطح RF معمولاً در محدوده مگاهرتز فرکانس رادیویی پایین کار می کنند و میزان پذیرش یعنی رسانایی را در مدار جریان متناوب که با سطح تغییر می کند اندازه گیری می کنند. حساسیت آنها بر حسب پیکو فاراد یعنی pF اندازه گیری می شود.

کلید F-Capacitance /Admittance سطح شامل یک بخش محافظ، عایق بالایی، پروب اصلی و اتصال به زمین است.

پروب اصلی بالا، محافظ و اتصال به زمین همگی عایق هستند.

سطح رسانه را می توان با افزایش پذیرش زمانی که رسانه به پروب اصلی رسید تشخیص داد. زمین و کاوشگر اصلی عایق هستند، بنابراین دستگاه همچنان به درستی کار می کند و هنگامی که رسانه پروب را متصل می کند، آلارم کاذب ایجاد نمی کند.

تئوری عملیات سوئیچ سطح خازنی RF

خازن شامل دو صفحه ی هادی است که توسط یک دی الکتریک نارسانا از یکدیگر جدا می شوند. هنگامی که دو رسانا در پتانسیل (ولتاژ) متفاوت هستند، سیستم قادر به ذخیره بار الکتریکی است.
ثابت دی الکتریک یک ماده متناسب با میزان پذیرش آن است. هرچه ثابت دی الکتریک کمتر باشد، میزان پذیرش ماده کمتر است (یعنی رسانایی آن کمتر است). ظرفیت (C) به صورت زیر محاسبه می شود:

اگر مساحت (A) و فاصله (D) بین صفحات خازن ثابت بماند، ظرفیت خازن تنها به عنوان تابعی از ثابت دی الکتریک ماده ای که شکاف بین صفحات را پر می کند تغییر می کند. اگر تغییر سطح باعث تغییر در دی الکتریک کل سیستم خازن شود، زیرا قسمت پایینی ناحیه (A) در معرض مایع (دی الکتریک Kl) قرار می گیرد در حالی که قسمت بالایی در تماس با بخار است (Kv دی الکتریک که نزدیک به ۱٫۰ است)، اندازه گیری ظرفیت با سطح متناسب خواهد بود.

در مورد سوئیچ سطح نصب شده به صورت افقی، یک پروب رسانا یکی از صفحات خازن (A1) را تشکیل می دهد و دیواره مخزن (A2) را تشکیل می دهد. یک عایق با ثابت دی الکتریک پایین برای جداسازی پروب رسانا از محفظه که به دیواره رگ متصل است استفاده می شود. با اعمال سیگنال RF بین پروب رسانا و دیواره رگ اندازه گیری انجام می شود.

سیگنال RF منجر به جریان یک دقیقه ای از طریق مواد فرآیند دی الکتریک در مخزن از پروب به دیواره رگ می شود. هنگامی که سطح مخزن کاهش می یابد و پروب در معرض بخارهای رسانای کمتر قرار می گیرد، ثابت دی الکتریک کاهش می یابد.
کاهش در ظرفیت جریان این تغییر توسط مدار داخلی سوئیچ سطح تشخیص داده می شود و به تغییر حالت رله سوئیچ سطح تبدیل می شود. در مورد آشکارسازهای سطح پیوسته (پروب های عمودی)، خروجی حالت رله نیست، بلکه یک سیگنال آنالوگ مقیاس شده است.

مساحت کل:

مساحت کل مساحت ترکیبی پروب سنسور سطح و مساحت دیواره عروق رسانا (A = A1 + A2) و فاصله (D) کوتاهترین فاصله بین پروب سنسور و دیواره رگ است. هر دوی این مقادیر ثابت هستند. بنابراین، زمانی که کاوشگر دیگر توسط بخارات (K1) احاطه نشده باشد، بلکه توسط مواد فرآیند (K2) احاطه شود، تغییر خازن حاصله مستقیماً با اختلاف ثابت دی الکتریک بین دو محیط ارتباط دارد:

حساسیت سنسور خازنی بر حسب پیکو فاراد (pF) بیان می شود. واحد خازن، فاراد است که پتانسیل ایجاد شده در زمانی که باتری یک ولتی متصل شده به خازن باعث ذخیره یک کولن انرژی الکتریکی می شود، است. یک پیکو فاراد یک تریلیونم آن است و حساسیت آشکارساز ظرفیت دقیق ۰٫۵ pF است. این حداقل تغییر قابل تشخیص در ظرفیت خازن ناشی از تغییر در ثابت دی الکتریک (K2 -K1) است.

در بیشتر کاربردهای سنجش سطح، ماده مرجع هوا است (K1 = 1.0). جدول ۷ مقادیر K2 انواع مواد فرآیند را نشان می دهد. همانطور که ثابت دی الکتریک مواد فرآیند به هوا نزدیک می شود (به عنوان مثال K2 برای گلوله های پلاستیکی ۱٫۱ است)، اندازه گیری دشوارتر می شود.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.