מתמרים

1. מתמרים מתמר קיבולי נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

2. אחד מסוגי החיישנים הנפוצים בתעשייה הוא חיישן הקרבה - חיישן שתפקידו לזהות קירבת עצמים ללא מגע. כאשר החלקים שאת קירבתם יש לגלות הם מתכתיים, משתמשים בד"כ בחיישני קירבה השראתיים (עובדים על עיקרון שדה מגנטי), אך כאשר העצמים אותם יש לזהות אינם מתכתיים – חלקי פלסטיק, גומי, אנשים, החיישנים בהם משתמשים הם חיישני קירבה קיבוליים. עיקרון הפעולה: כדי להבין כיצד עובד חיישן קירבה קיבולי עלינו להבין מהו קבל. קבל הוא רכיב חשמלי המורכב משני לוחות מתכתיים סמוכים זה לזה, וביניהם חומר מבודד כלשהו (דיאלקטרי) – כמו אוויר או כל חומר אחר הנחשב מבודד. כאשר מחברים קבל למקור מתח ישר, לוח אחד שלו נטען חיובית והשני שלילית. בין שני הלוחות נוצר שדה חשמלי. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

3. כאשר מחברים קבל למקור מתח ישר, לוח אחד שלו נטען חיובית והשני שלילית. בין שני הלוחות נוצר שדה חשמלי. לכל קבל יש תכונה המכונה קיבול – C, המציינת את היחס בין כמות המטען שהצטברה בין לוחותיו למתח החשמלי שביניהם. כלומר קיבול הקבל גדול יותר ככל שאותו מתח חשמלי המחובר ללוחותיו, גורם לו להיטען ביותר מטען חשמלי. קיבול הקבל C נמדד ביחידות הנקראות Farad פרד. 1F היא הקיבול המתקבל כאשר וולט אחד יוצר בקבל מטען של קולון אחד. מכיוון שיחידה זו גדולה מאד נהוג להשתמש ביחידות קטנות יותר: מיקרופרד F . 1F = 10-6F ננופרד nF . 1nF = 10-9F פיקופרד pF1pF = 10-12F נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

4. מספר גורמים משפיעים על קיבול הקבל: 1. שטח הלוחות – ככל ששטח הלוחות גדול יותר הקיבול גדול יותר 2. המרחק בין הלוחות – ככל שהמרחק קטן יותר הקיבול גדול יותר (שימושי בחיישנים שונים שבהם נגרמת תזוזה מכאנית כתוצאה משינוי הערך הנמדד (למשל חיישני כוח או לחץ) ואז אם החלקים הזזים מניעים לוחות קבל משתנה הקיבול בהתאם). 3. שינוי החומר הדיאלקטרי בין הלוחות (בשדה החשמלי) – אוויר בין הלוחות יוצר קיבול מסוים, אם נכניס לשדה החשמלי שנוצר בין הלוחות חומר אחר ישתנה הקיבול בהתאם לתכונות החומר. לכל חומר יש תכונה הנקראת – מקדם דיאלקטרי, ככל שמקדם זה גדול יותר כך הקיבול של הקבל בו הוא נמצא גדול יותר. הגורם האחרון הוא זה ההופך את הקבל לאמצעי יעיל בחיישני קירבה המיועדים לזיהוי קירבה של חלקים לא מתכתיים ומתכתיים כאחד. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

5. בטבלה הבאה מוצגים המקדמים הדיאלקטרים של חומרים שונים. ככל שלחומר שנרצה לזהות את קירבתו יש מקדם דיאלקטרי גדול יותר מזה של אוויר (1) , כך יהיה קל יותר לזהותו בעזרת חיישן קיבולי. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

6. חשוב לדעת גם שכאשר קבל מוזן במתח חילופי AC הוא מעביר חשמל , והקיבול שלו משפיע על האמפליטודה (העוצמה) של הזרם המועבר. בתמונה הבאה חובר קבל של 1 מיקרו-פרד למקור מתח חילופי של 10 וולט ונגד קבוע של 1 אוהם. מד המתח שעל הנגד מראה שהמתח על הנגד הוא 2.22 mV ובתמונה זו מוראה אותו מעגל עם קבל בעל קיבול גדול פי 10 מהקודם, כשכל הנתונים האחרים זהים. המתח על הנגד (והזרם העובר בו) גדלו גם הם פי 10 . נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

7. ראינו אם כך שלקבל שתי תכונות ההופכות אותו לאמצעי יעיל במכשירי מדידה שונים: 1. קירוב חומר אל השדה החשמלי של הקבל יגרום לשינוי (הגדלת) הקיבול שלו. (החומר לא חייב להיות מוליך חשמלי אך יכול להיות גם כזה). 2. הגדלת הקיבול של קבל תגרום להגדלת מתח וזרם במעגל החשמלי אליו הוא מחובר. נראה עתה איך מיושמות תופעות אלו בחיישני קירבה קיבוליים. בתמונה הבאה נראה חיישן קירבה קיבולי אופייני נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

8. רכיבי החיישן הפנימיים מוראים בתמונה הבאה: בראש החיישן נמצאים לוחות הקבל היוצרים שדה חשמלי בקרבת הראש הקבל מוזן במתח ע"י האוסצילטור – ספק מתח חילופין. כאשר מתקרב עצם כלשהו לראש החיישן הוא גורם להגדלת הקיבול שלו וכתוצאה מכך גדלה עוצמת הזרם במעגל. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

9. עוצמת הזרם יכולה להיות מועברת ישירות (או לאחר הגברה) להדקי המוצא של החיישן וכך לתת מוצא פרופורציונאלי לקרבת העצם. או להפעיל רכיב זיהוי (טריגר) שכוון לעוצמת זרם מסוימת אשר מדווחת על הימצאות החפץ כשהוא מגיע למרחק מסוים מהחיישן (חיישן דו מצבי בדומה לחיישן מגע) בהמשך נעסוק ברכיבי הגברה וטיפול באותות ואופן פעולתם, אך כרגע נסתפק בהבנת הצורך בהם בחיישן. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

10. יישומים אופייניים: מדידת מפלס נוזל במיכלי פלסטיק/ זכוכית ואחרים ללא מגע עם הנוזל וללא כניסה למיכל.(למים למשל מקדם דיאלקטרי גבוה בהרבה מזה של פלסטיק ולכן יכול חיישן כזה לזהות הגעת מים או נוזל אחר למפלס הרצוי. זיהוי מיקום חלקים בפסי ייצור, גם אם החלקים אינם מתכתיים, וללא מגע בהם. יתרונות החיישן הקיבולי: 1. יכולת זיהוי קירבה של חומרים מתכתיים ולא מתכתיים כאחד. 2. יכולת זיהוי ללא מגע ודרך מחיצות אטומות. 3. מתאים לזיהוי נוזלים, תפזורות, וחומרים שקופים. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

11. מגבלות החיישן הקיבולי: 1. מרחק יעיל לזיהוי קרבה – קטן (מס' מ"מ עד מס' ס"מ ). 2. יכולת לזהות רק חומרים שהמקדם הדיאלקטרי שלהם שונה בהרבה מזה של אוויר. 3. זמן תגובה איטי יחסית, כך שאינו מתאים למדידות בהן משתנה מיקום המטרה בקצב מהיר מאד. 3. יש לכייל את החיישן לזיהוי חומר מסוג ספציפי כי כל חומר אחר יגרום למוצא שונה של החיישן עבור קרבה זהה. 4. רגיש ללכלוך המצטבר על פני ראש החיישן, מכיוון שגם הלכלוך משפיע על מקדם הדיאלקטרי של הקבל. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי

12. נתונים אופייניים: הקישור הבא הוא לדף נתונים של חיישן קירבה קיבולי . זהו את הנתונים הבאים: 1. טווח המדידה . 2. הדיוק של החיישן. 3. מהי תדירות המדידה המותרת (כמה פעמים בשנייה יכול חיישן זה לזהות שינוי מצב מקרוב ללא קרוב? 4. האם חיישן זה מוציא אות מוצא אנלוגי או שזה חיישן דו מצבי ? היעזרו בתרשים החשמלי של החיישן. 5. ההיסטרזיס של החיישן. חשוב לדעת שמכיוון שחיישן קיבולי מבוסס על תופעת השדה החשמלי בקבל, יש בו שגיאת היסטרזיס (חשל) ניכרת. נכתב ע"י יעקב ברק - כדורי