Kolika je dielektrična konstanta materijala u kapacitivnoj sklopki?

Bok tamo! Kao dobavljača kapacitivnih sklopki, često me pitaju o dielektričnoj konstanti materijala korištenih u tim sklopkama. Pa sam mislio napisati post na blogu kako bih rasvijetlio ovu temu.

Prvo, idemo na brzinu proći kroz to što je kapacitivni prekidač. Kapacitivni prekidač radi na principu kapacitivnosti, što je sposobnost sustava da pohrani električni naboj. Kada približite prst ili neki predmet prekidaču, on mijenja kapacitet, a prekidač detektira tu promjenu kako bi registrirao ulaz.

Sada, dielektrična konstanta, također poznata kao relativna permitivnost, ključni je čimbenik u tome kako kapacitivni prekidač radi. To je mjera koliko izolacijski materijal može povećati kapacitivnost kondenzatora kada se postavi između ploča kondenzatora. Jednostavno rečeno, pokazuje koliko dobro materijal može pohraniti električnu energiju u električnom polju.

Osnove dielektrične konstante

Dielektrična konstanta (εr) je bezdimenzijska veličina. Vakuum ima dielektričnu konstantu od točno 1. Većina materijala ima dielektričnu konstantu veću od 1. Na primjer, zrak ima dielektričnu konstantu vrlo blizu 1 (oko 1,0006), što znači da ima vrlo mali učinak na povećanje kapacitivnosti u usporedbi s vakuumom.

Materijali s višim dielektričnim konstantama mogu pohraniti više električne energije za određeni napon. Ovo je važno kod kapacitivnih sklopki jer je promjena u kapacitetu zbog prisutnosti predmeta (poput vašeg prsta) značajnija kada je dielektrična konstanta uključenih materijala dobro odabrana.

Uobičajeni materijali u kapacitivnim prekidačima i njihove dielektrične konstante

1. Staklo

Staklo je popularan materijal u kapacitivnim prekidačima, posebno u zaslonima osjetljivim na dodir. Ima dielektričnu konstantu u rasponu od oko 3,7 - 10, ovisno o vrsti stakla. Na primjer, natrijevo-vapneno staklo obično ima dielektričnu konstantu oko 7. Prednost korištenja stakla je njegova prozirnost, izdržljivost i relativno visoka dielektrična konstanta, što pomaže u postizanju dobre promjene kapacitivnosti kada se prst približi prekidaču.

2. Plastika

Postoji mnogo vrsta plastike koja se koristi u kapacitivnim prekidačima. Polietilen tereftalat (PET), uobičajena plastika, ima dielektričnu konstantu od oko 3 - 3,5. Polikarbonat, još jedna široko korištena plastika, ima dielektričnu konstantu u rasponu od 2,9 - 3,1. Plastika je lagana, fleksibilna i lako se oblikuje, što je čini prikladnom za različite primjene gdje je potreban nekruti ili prilagođeni kapacitivni prekidač.

3. Keramika

Keramika može imati vrlo visoke dielektrične konstante. Neki keramički materijali koji se koriste u elektroničkim komponentama mogu imati dielektrične konstante u rasponu od 10 do nekoliko tisuća. Na primjer, keramika na bazi barijevog titanata može imati dielektrične konstante u tisućama. Međutim, korištenje keramike u kapacitivnim sklopkama je složenije zbog njihove lomljivosti i potrebe za pažljivim proizvodnim procesom. Ali njihova visoka dielektrična konstanta može biti prednost u primjenama gdje je potrebna velika promjena kapacitivnosti.

Zašto je dielektrična konstanta važna kod kapacitivnih prekidača

Dielektrična konstanta izravno utječe na osjetljivost kapacitivne sklopke. Veća dielektrična konstanta znači da prekidač može otkriti manje promjene u kapacitetu, što znači bolju osjetljivost. Na primjer, ako imate kapacitivni prekidač od materijala niske dielektrične konstante, možda će biti potreban veći predmet ili bliži pristup da se registrira promjena u kapacitetu. S druge strane, sklopka s materijalom visoke dielektrične konstante može detektirati prst ili mali predmet s veće udaljenosti ili s manje kontaktne površine.

Utjecaj na različite vrste kapacitivnih sklopki

Kapacitivni senzor razine tekućine

u aKapacitivni senzor razine tekućine, dielektrična konstanta tekućine koja se mjeri je ključna. Različite tekućine imaju različite dielektrične konstante. Na primjer, voda ima relativno visoku dielektričnu konstantu od oko 80 na sobnoj temperaturi. Kada se promijeni razina tekućine, mijenja se kapacitet između elektroda senzora zbog promjene efektivne dielektrične konstante između njih. Mjerenjem ove promjene kapaciteta, senzor može točno odrediti razinu tekućine.

Prekidač razine kapacitivnosti

APrekidač razine kapacitivnostikoristi se za otkrivanje prisutnosti ili odsutnosti materijala na određenoj točki. Dielektrična konstanta materijala koji se detektira (bilo da je krutina ili tekućina) utječe na rad sklopke. Ako je dielektrična konstanta materijala vrlo blizu dielektrične konstante okolnog medija (kao što je zrak), za prekidač može biti veći izazov da točno detektira materijal.

Tip kapacitivnosti Prekidač razine

TheTip kapacitivnosti Prekidač razinetakođer se oslanja na dielektričnu konstantu materijala čija se razina mjeri. Slično ostalim tipovima, ispravno razumijevanje dielektrične konstante pomaže u kalibraciji prekidača kako bi se osiguralo točno otkrivanje razine.

Odabir pravog materijala na temelju dielektrične konstante

Prilikom projektiranja kapacitivnog prekidača moramo uzeti u obzir zahtjeve primjene. Ako je potrebna visoka osjetljivost, prednost se daje materijalima s višim dielektričnim konstantama. Ali također moramo uravnotežiti druge faktore kao što su cijena, mehanička svojstva i stabilnost okoliša.

Na primjer, u uređaju potrošačke elektronike gdje je cijena glavni čimbenik i potrebna je određena fleksibilnost, plastika bi mogla biti dobar izbor. U vrhunskim aplikacijama sa zaslonom osjetljivim na dodir gdje su prozirnost i visoka osjetljivost ključni, staklo bi moglo biti bolja opcija.

Zaključak

Dielektrična konstanta materijala u kapacitivnom prekidaču igra vitalnu ulogu u njegovom radu. Razumijevanje dielektričnih konstanti različitih materijala pomaže u projektiranju sklopki s pravom osjetljivošću, preciznošću i funkcionalnošću za različite primjene.

Ako ste na tržištu kapacitivnih prekidača i želite razgovarati o najboljim materijalima za svoje specifične potrebe, volio bih popričati. Bilo da se radi o senzoru razine tekućine, prekidaču razine ili bilo kojoj drugoj primjeni, možemo zajedno pronaći savršeno rješenje. Javite se kako biste započeli raspravu o nabavi i učinimo vaš projekt uspješnim!

Reference

• "Osnove električnih krugova" Charlesa K. Alexandera i Matthewa NO Sadikua
• "Elektronika: sistemski pristup" Johna Birda