9

1.5 Proprietile senzoriale ale condensatorului plan-paralel

Condensatorul plan - paralel permite, prin intermediul parametrilor si geometrici, crearea unei ntregi game de senzori capacitivi. Aceti senzori se bazeaz pe variaia mrimilor electrice sau neelectrice ce compun relaia de definiie a capacitii [18]:

),,( AdfC = 1.2 O clasificare din punctul de vedere a parametrului care impune variaia, este

prezentat n paragraful urmtor :

9 variaia distanei efective dintre cele dou armturi. senzori de tip d . 9 variaia ariei efective a armturilor (electrozilor) senzori de tip A . 9 variaia permitivitii electrice a dielectricului senzori de tip .

Senzor capacitiv de tip d

Senzorii de tip d sunt obinui cnd celelalte componente si A rmn constante pe durata de funcionare a senzorului. Principalul dezavantaj este domeniul limitat de msurare, datorat scderii sensibilitii n momentul n care cele dou armturi se ndeprteaz una de cealalt, datorit scderii capacitii condensatorului la valori care, n anumite condiii, devin greu de msurat prin procedee clasice. Acest tip de senzor este folosit pentru aplicaii n msurarea deplasrii, forei i presiunii.

Figura 1.5 Schema principial a unui senzor de tip d Ignornd efectele de margine, capacitatea unui astfel de condensator poate fi

exprimat prin:

( )x

AxC r

0= 1.3

Sensibilitatea unui astfel de senzor este dat de derivata de ordinul I a relaiei de mai sus:

userPencil

userPencil

userPencil

userPencil

10

20

xA

dxdC r= 1.4

Relaia 1.4 relev caracterul invers proporional al relaiei capacitate distan: atunci cnd x scade, senzitivitatea crete. Din punct de vedere matematic se poate afirma c procentul modificrii lui C este proporional cu procentul de variaie a lui x :

x

dxCdC = 1.5

Senzor capacitiv de tip A

Senzorii capacitivi de tip A sunt caracterizai de modificarea suprafeei uneia din armturile componente.

Figura 1.6 Schema principial a unui senzor de tip A n acest caz , capacitatea devine:

( ) ( )d

wxAxC r

= 0 1.6 unde: w limea armturii;

x coeficient cu care se reduce aria armturii.

Acest principiu senzorial este folosit n aplicaii de stabilire a poziiei cu precizie ridicat. Dezavantajele unei asemenea construcii ar fi dependena capacitii de distana dintre armturi, respectiv dependena preciziei sistemului de msurare de acurateea mecanic a construciei propriu-zise a armturilor.

userPencil

userPencil

11

Senzor capacitiv de tip

Senzorii de tip sunt dependeni de proprietile dielectrice ale materialului izolator folosit. Sunt folosii pe scar larg n procesul de identificare a suprafeei de separaie a dou sau mai multe materiale.

Figura 1.7 Schema principial a unui senzor de tip . Separarea mediilor dielectrice.

Deoarece permitivitatea electric relativ a unui material nu este o mrime constant i difer de la material la material, chiar i pentru eantioane din acelai material (este dependent de temperatur, umiditate i compoziia substanelor componente), precizia unui asemenea senzor poate avea de suferit. Pe de alt parte, dac aceste constrngeri sunt depite, msurtorile efectuate cu un asemenea senzor pot atinge precizii remarcabile.

Figura 1.8 Schema principial a unui senzor de tip . Deplasarea dielectricului. Msurarea nivelului este una dintre aplicaiile des folosite utiliznd un asemenea

senzor capacitiv avnd la baz modificarea permitivitii electrice a dielectricului cuprins ntre cele dou armturi. Relaia corespunztoare unei asemenea structuri este :

12

( ) ( )[ ]d

xlwxC 1220

= 1.7 unde: 1,2 permitivitile electrice relative ale mediului 1, respectiv mediului 2.

Senzor capacitiv cu calcul diferenial al capacitii

Sistemul diferenial de msurare a capacitii folosind totodat i proprietile condensatorului plan-paralel este prezentat n figura 1.9:

Figura 1.9 Schema principial a unui senzor de tip diferenial

Un astfel de sistem capacitiv este practic un ansamblu de dou condensatoare cu o armtur comun, cu aplicativitate ridicat, datorit posibilitii modificrii capacitii n funcie de poziia plcilor. n unele cazuri, placa central este fix i plcile laterale sunt mobile n raport cu aceasta. n alte cazuri plcile laterale sunt fixe i placa central mobil.

Relaiile ce caracterizeaz un asemenea sistem sunt [18]:

2200021 2

2 xdlwx

xdlw

xdlwCCC rrr =+=

= 1.8

2200021 2

2 xdlwd

xdlw

xdlwCCC rrr =++=

+= 1.9 A relaia liniar dintre deplasarea plcilor i diferena dintre capacitile

condensatoarelor :

dx

CC 1.10

1.6 Bibliografie selectiv

[1] G. Dinu Safety and Risk in Hydrotechnical Constructions Universitatea Valahia Trgovite.

userPencil

userPencil

13

[2] **** Dam Disasters: Vajout Dam, Banqiao Dam, Tangiwai Disaster, Dam Failure, Situ Giutung, Malpasset, Holmfirth Flood, Edersee, Gusan Dam, Marib Dam 2010, Books LLC. ISBN: 978-1-1564-3635-6,

[3] J. Nichols St. Francis Dam Disaster 2002, Marea Britanie. ISBN: 0-7385-2079-9.

[4] P. Singh - Dam Breach Modeling Technology 1996, Olanda. ISBN: 0-7923-3925-8.

[5] B.C. Campbell - Disasters, Accidents and Crises in American Hystory A Reference Guide to Nations Most Catastrophic Events 2008, SUA. ISBN: 0-8160-6603-5.

[6] J. McDonald - The Teton Dam Disaster 2006, SUA. ISBN: 0-7385-4861-8.

[7] R.L. Wiltshire, D.R. Gilbert, J.R. Rogers- Hoover Dam 75th Anniversary History Symposium 2010, SUA. ISBN: 978-0-7844-1141-4.

[8] American Society of Civil Engineering - Civil Engineering Volumul 76, Ediiile 7-12, 2006, SUA.

[9] U.S Departement of Energy- DOE Fundaments Handbook Instrumentation and Control Volumul 1 din 2, 1992, SUA. Cod documentaie: DOE-HDBK-1013/1-92.

[10] **** - www.tpub.com A Parallax Error in Meter Reading.

[11] Institutul de Studii i Proiectri Hidrotehnice ISPH - Normativ departamental pentru verificarea periodic i ntreinerea AMC i a dispozitivelor de msur pentru activitatea de UCCH a barajelor i construciilor hidrotehnice 2001, Bucureti. Cod documentaie: 4958.HE14.227.U.1.0.1.

[12] I. Ciascai, M. Dbcan, L. Viman, S. Pop - Msurarea electric a traductoarelor din construciile hidrotehnice 2006, Cluj Napoca. ISBN(10)973-686-981-4.

[13] D. A. Bohn - Environmetal Effects on the Speed of Sound J. Audio Eng. Soc., Vol.36, No.4, 1988, USA.

[14] SSI Technology - Application Note AT-AN9 Acu-Trac Ultrasonic Distance & Level Sensors Ultrasonic Sensor Performance Considerations, 2007, USA.

[15] D. Brumbi Fundamentals of RADAR Technology for Level Gaiging - Khrone Messtechnik GMBH & Co Kg, Duisburg, 2003, Germania.

[16] M.A. Ainslie - Principles of SONAR Performance Modeling 2010, Berlin. ISBN: 978-3-540-87661-8.

[17] S.K. Singh - Industrial Instrumentation and Control 2009, New Delhi. ISBN: 978-0-07-026222-5.

[18] F. Toth - A Design Methodology for Low-cost, High-performance Capacitive Sensors 1997, Olanda. ISBN: 90-407-1407-X.