ทรานสดิวเซอร์วัดตำแหน่งและระยะทางชนิดเปลี่ยนแปลงความจุไฟฟ้า (capacitive displacement transducer)  เป็นทรานสดิวเซอร์ประเภทพาสซีฟ (passive transducers) ทำงานโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้า โครงสร้างของทรานสดิวเซอร์ (transducer) ชนิดนี้โดยทั่วไปใช้ตัวเก็บประจุแบบแผ่นสองแผ่นวางขนานกัน โดยมีวัสดุไดอิเล็กตริก เช่น อากาศ ทำหน้าที่เป็นฉนวนกั้นกลางระหว่างแผ่นเพลทตัวนำทั้งสอง

  

(ก)                                           (ข)                                              (ค)

 

โครงสร้างของทรานสดิวเซอร์ชนิดเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้ารูปแบบแผ่นเพลทตัวนำ

(ที่มา: นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)

 

โครงสร้างของทรานสดิวเซอร์ชนิดเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้ารูปทรงกระบอก

(ที่มา: นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)

 

เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าให้กับแผ่นเพลทของตัวเก็บประจุ อิเล็กตรอนจะวิ่งออกจากแผ่นเพลทหนึ่งไปยังอีกเพลทหนึ่ง จำนวนของอิเล็กตรอนที่ถ่ายเทหรือความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างแผ่นเพลท พื้นที่ของแผ่นเพลท คุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่อยู่ระหว่างแผ่นเพลท และแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับตัวเก็บประจุ โดยค่าความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุคำนวณเเสดงดังสมการที่ 1

               (1)            

เมื่อ        C   คือ  ค่าความจุไฟฟ้า (F)

              ε   คือ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (dielectric constant) ของตัวกลางที่กั้นระหว่างแผ่นเพลทตัวนำสองแผ่น

              A  คือ พื้นที่ของแผ่นเพลทในส่วนที่ซ้อนทับกันระหว่างแผ่นเพลททั้งสอง (m²)

              x  คือ ระยะห่างระหว่างแผ่นเพลทตัวนำสองแผ่น (m)

 

การเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้าเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของตัวแปร x หรือ A หรือ  รูปที่ 1 (ก) แสดงการเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้าจากการปรับระยะห่างระหว่างแผ่นเพลทตัวนำ (x) และรูปที่ 1 (ข) แสดงการเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้าจากการปรับขนาดพื้นที่ซ้อนทับของแผ่นตัวนำทั้งสอง (A) และรูปที่ 1 (ค) แสดงการเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้าจากการเปลี่ยนชนิดของตัวกลาง หรือการเปลี่ยนค่าคงที่ไดอิเล็กตริก หากกำหนดตัวกลางระหว่างแผ่นเพลทตัวนำเป็นชนิดเดียว การปรับระยะการเคลื่อนที่ของแผ่นเพลทให้เข้าหรือออกจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงค่าความจุไฟฟ้า ซึ่งความสัมพันธ์ดังกล่าวเป็นหลักการพื้นฐานสำหรับการทำงานของทรานสดิวเซอร์ชนิดวัดตำแหน่งหรือระยะการเคลื่อนที่นั่นเอง สามารถนำหลักการนี้ไปประยุกต์ใช้กับการวัดระดับ (level measurement) หรือปริมาณของที่อยู่ภายในถังหรือไซโล ได้ โดยวัดได้ทั้งของเหลวและของแข็ง  เหมาะสำหรับการตรวจจับการเคลื่อนไหวแบบไม่สัมผัส มีความไว (sensitivity) สูง มีเสถียรภาพในการใช้งานสูง และมีค่าความเป็นเชิงเส้น (linearity) ที่ดี อย่างไรก็ตาม ทรานสดิวเซอร์ (transducer) ชนิดนี้มีโครงสร้างค่อนข้างซับซ้อน และมีค่าความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสูง

 

 เซนเซอร์วัดตำแหน่งและระยะทางชนิดเปลี่ยนแปลงความจุไฟฟ้า

(ที่มา: www.micro-epsilon.com/displacement-position-sensors)

 

 

ที่มา: การวัดและเครื่องมือวัด ประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร (นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)

       : http://www.micro-epsilon.com/displacement-position-sensors/capacitive-sensor/capacitive-displacement-sensors/index.html