Transducteur capacitif

Définition: Le transducteur capacitif est utilisé pour mesurer le déplacement, la pression et d’autres quantités physiques. Il s’agit d’un transducteur passif qui signifie qu’il nécessite une puissance externe pour le fonctionnement. Le transducteur capacitif fonctionne sur le principe des capacités variables. La capacité du transducteur capacitif change pour de nombreuses raisons telles que le chevauchement des plaques, le changement de distance entre les plaques et la constante diélectrique.

Le transducteur capacitif contient deux plaques métalliques parallèles. Ces plaques sont séparées par le milieu diélectrique qui est soit de l’air, du matériau, du gaz ou du liquide. Dans le condensateur normal, la distance entre les plaques est fixe, mais dans le transducteur capacitif, la distance entre eux est variée.

Le transducteur capacitif utilise la quantité électrique de capacité pour convertir le mouvement mécanique en un signal électrique. La quantité d’entrée provoque le changement de la capacité qui est directement mesurée par le transducteur capacitif.

Les condensateurs mesurent à la fois les changements statiques et dynamiques. Le déplacement est également mesuré directement en connectant les appareils mesurables à la plaque mobile du condensateur. Il fonctionne avec les modes de contact et de non-contact.

Principe de fonctionnement

Les équations ci-dessous expriment la capacité entre les plaques d’un condensateur

Où une – zone de chevauchement des plaques dans m²

D – la distance entre deux plaques en mètre
ε – permittivité du milieu en f / m
ε_r – permittivité relative
ε₀ – La permittivité de l’espace libre

Le diagramme schématique d’un transducteur capacitif de plaque parallèle est illustré dans la figure ci-dessous.

Le changement de capacité se produit en raison des variables physiques comme le déplacement, la force, la pression, etc. La capacité du transducteur change également par la variation de leur constante diélectrique, ce qui est généralement dû à la mesure du niveau de liquide ou de gaz.

La capacité du transducteur est mesurée avec le circuit de pont. L’impédance de sortie du transducteur est donnée comme

Où, C – Capacité
F – Fréquence d’excitation dans Hz.

Le transducteur capacitif est principalement utilisé pour la mesure du déplacement linéaire. Le transducteur capacitif utilise les trois effets suivants.

1. La variation de la capacité du transducteur est due au chevauchement des plaques de condensateur.
2. Le changement de capacité est dû au changement de distances entre les plaques.
3. La capacité change en raison de la constante diélectrique.

Les méthodes suivantes sont utilisées pour le déplacement de mesure.

1 et 1 Un transducteur utilisant le changement dans la zone des plaques – L’équation ci-dessous montre que la capacité est directement proportionnelle à la zone des plaques. La capacité change en conséquence avec le changement de position des plaques.

Les transducteurs capacitifs sont utilisés pour mesurer le grand déplacement approximativement de 1 mm à plusieurs CM. La zone du transducteur capacitif change linéairement avec la capacité et le déplacement. Initialement, la non-linéarité se produit dans le système en raison des bords. Sinon, cela donne la réponse linéaire.

La capacité des plaques parallèles est donnée comme

où x – la longueur de la partie qui se chevauchent des plaques
ω – La largeur de la partie qui se chevauchent des plaques.

La sensibilité du déplacement est constante, et donc elle donne la relation linéaire entre la capacité et le déplacement.

Le transducteur capacitif est utilisé pour mesurer le déplacement angulaire. Il est mesuré par les plaques mobiles illustrées ci-dessous. L’une des plaques du transducteur est fixe et l’autre est mobile.

Le diagramme de phaseur du transducteur est illustré dans la figure ci-dessous.

Le mouvement angulaire modifie la capacité des transducteurs. La capacité entre eux est maximale lorsque ces plaques se chevauchent. La valeur maximale de la capacité est exprimée comme

La capacité à l’angle θ est exprimée comme,

θ – Déplacement angulaire chez Radian. La sensibilité du changement de capacité est donnée comme

Le 180 ° est la valeur maximale du déplacement angulaire du condensateur.

2. Le transducteur utilisant le changement de distance entre les plaques – La capacité du transducteur est inversement proportionnelle à la distance entre les plaques. La plaque du transducteur est fixe et l’autre est mobile. Le déplacement qui doit être mesuré est des liens vers les plaques mobiles.

La capacité est inversement proportionnelle à la distance à cause de laquelle le condensateur montre la réponse non linéaire. Ce type de transducteur est utilisé pour mesurer le petit déplacement. Le diagramme de phaseur du condensateur est illustré dans la figure ci-dessous.

La sensibilité du transducteur n’est pas constante et varie des endroits aux lieux.

Avantage du transducteur capacitif

Voici les principaux avantages des transducteurs capacitifs.

1. Il nécessite une force externe pour le fonctionnement et donc très utile pour les petits systèmes.
2. Le transducteur capacitif est très sensible.
3. Il donne une bonne réponse en fréquence à cause de laquelle il est utilisé pour l’étude dynamique.
4. Le transducteur a une impédance d’entrée élevée, donc ils ont un petit effet de chargement.
5. Il nécessite une petite puissance de sortie pour le fonctionnement.

Inconvénients du transducteur capacitif

Les principaux inconvénients du transducteur sont les suivants.

1. Les parties métalliques des transducteurs nécessitent une isolation.
2. Le cadre du condensateur nécessite la mise à la terre pour réduire l’effet du champ magnétique errant.
3. Parfois, le transducteur montre les comportements non linéaires en raison de l’effet de bord qui est contrôlé en utilisant l’anneau de garde.
4. Le câble qui se connecte à travers le transducteur provoque une erreur.

Utilisations du transducteur capacitif

Voici les utilisations du transducteur capacitif.

1. Le transducteur capacitif utilise la mesure du déplacement linéaire et angulaire. Il est extrêmement sensible et utilisé pour la mesure d’une très petite distance.
2. Il est utilisé pour la mesure de la force et des pressions. La force ou la pression, qui doit être mesurée est d’abord convertie en déplacement, puis le déplacement modifie les capacités du transducteur.
3. Il est utilisé comme transducteur de pression dans certains cas, où la constante diélectrique du transducteur change avec la pression.
4. L’humidité dans les gaz est mesurée par le transducteur capacitif.
5. Le transducteur utilise le modificateur mécanique pour mesurer le volume, la densité, le poids, etc.

La précision du transducteur dépend de la variation de la température au niveau élevé.