Kapazitiver Sensor mit variablem Polabstand

Kapazitive Sensoren mit variablem Abstand werden aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit und der Fähigkeit, kleinste Verschiebungen direkt zu messen, häufig in der Industrie, in der wissenschaftlichen Forschung und im täglichen Leben eingesetzt. Das Kernprinzip ihrer Anwendung besteht darin, verschiedene physikalische Größen (wie Druck, Kraft, Vibration usw.) in eine Verschiebung zwischen den Platten umzuwandeln und dann die Kapazitätsänderung zu erfassen.

I. Messung winziger Verschiebungen und Vibrationen

Dies ist die direkteste Anwendung. Der Sensor misst direkt die Verschiebung, Position oder Schwingungsamplitude eines Objekts.

Anwendungsbeispiele:

• Präzisionsmessung der Wellenverschiebung: Messung des Radialschlags oder der axialen Verschiebung einer rotierenden Welle.
• Vibrationsmessung: Wird zur Messung der Vibrationsamplitude und -frequenz von Geräten wie Motoren, Turbinen und Werkzeugmaschinen verwendet. Seine berührungslose Natur hat keinen Einfluss auf die Bewegung des gemessenen Objekts.
• Materialverformungsforschung: Messung der kleinsten Verformung von Materialien unter Spannung in Laborumgebungen.

II. Druck- und Kraftmessung

Der gemessene Druck bzw. die gemessene Kraft wird über ein elastisches Element (z. B. Membran oder Rohrfeder) in Weg umgewandelt.

Funktionsprinzip:Die bewegliche Platte des Sensors ist eine elastische Membran. Wenn sich der Druck ändert, verformt sich die Membran, wodurch sich der Abstand zur festen Platte ändert und so eine Druckmessung ermöglicht wird.

Anwendungsbeispiele:

• Drucksensoren/-transmitter: Weit verbreitet in der Prozesssteuerung, in der Luft- und Raumfahrt sowie zur Messung des Ansaugkrümmerdrucks in Automobilmotoren.
• Differenzdruck-Durchflussmesser: Berechnung des Flüssigkeitsdurchflusses durch Messung der Druckdifferenz über einem Drosselelement.
• Wiegesysteme: Wandeln Gewicht in eine Kraft um, die dann vom kapazitiven Sensor gemessen wird.

III. Beschleunigungsmessung

Basierend auf dem zweiten Newtonschen Gesetz wird die Beschleunigung gemessen, indem die durch die Trägheitskraft verursachte Verschiebung erfasst wird.

Funktionsprinzip:Die „bewegliche Platte“ des Sensors ist eine Prüfmasse, die von einem Ausleger getragen wird. Wenn der Sensor beschleunigt, bewirkt die Trägheitskraft, dass sich die Masse verschiebt, wodurch sich die Kapazität zwischen ihr und den festen Platten ändert. Die Beschleunigung wird durch die Erfassung dieser Kapazitätsänderung erreicht.

Anwendungsbeispiele:

• MEMS-Beschleunigungsmesser: Dies ist eine der erfolgreichsten Anwendungen. Beschleunigungsmesser in Smartphones, Gamecontrollern, Drohnen und Automobil-Airbagsystemen verwenden meist differenzielle kapazitive Strukturen auf Basis der MEMS-Technologie. Sie sind klein, kostengünstig und zuverlässig.
• Vibrationsüberwachung von Industrieanlagen: Wird für die vorausschauende Wartung verwendet und überwacht die Vibrationsbeschleunigung großer Geräte.

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