تعریف ترنسدیوسر خازنی

خازن چیست؟
خازن یکی از عناصر الکتریکی است که برای ذخیره انرژی استفاده می شود و از این رو در طراحی مدار به کار می رود.

خازن ها الکترون ها را ذخیره می کنند. خازن کندانسور نیز نامیده می شود و در طیف وسیعی از مقادیر وجود دارند. یک خازن دارای دو پایانه است و به عنوان یک عنصر پسیو عمل می کند.

این قطعه از دو صفحه ساخته شده که جنس آن ها هادی و ماده بینشان دی الکتریک است که بین صفحات قرار می گیرد.

یک پایانه خازن بار مثبت را ذخیره می کند و بار منفی در پایانه دیگر ذخیره می شود. خازن با گرفتن انرژی الکتریکی به شروع به شارژ می کند و هنگام قطع انرژی، تخلیه می شود.

این بدین معناست که وقتی خازن جریان را ذخیره می کند، در حال شارژ شدن است و هنگام تخلیه جریان، خازن شروع به تخلیه می کند. جریان الکتریکی ذخیره شده در خازن با واحد فاراد بیان می شود.

ترنسدیوسر خازنی:
ترنسدیوسر خازنی برای اندازه گیری جابه جایی، فشار و بسیاری از مقادیر فیزیکی دیگر استفاده می شود. ترنسدیوسر خازنی به صورت پسیو عمل می کند، بنابراین به منبع تغذیه خارجی احتیاج ندارد.

همان طور که در بالا گفته شد، یک ترنسدیوسر خازنی دارای دو صفحه موازی با یک ماده حایل دی الکتریک بین صفحات است. دی الکتریک می تواند هوا، گاز یا مایع باشد. از بار الکتریکی خازن برای تبدیل جابه جایی مکانیکی به سیگنال الکتریکی استفاده می شود.

اصول عملکرد ترنسدیوسر خازنی:
وقتی خازن شارژ شده است، هیچ یک از صفحات دیگر شارژ نمی شوند. این منجر به صفر شدن شدت میدان الکتریکی بین دو صفحه می شود. بار الکتریکی ذخیره شده در خازن به صورت زیر است:

Q=CV

که در آن، C ثابت تناسب است و به عنوان ظرفیت خازن شناخته می شود. مقدار C به اندازه صفحه و ماده دی الکتریک که بین صفحات قرار گرفته بستگی دارد. مقدار C به مساحت سطح صفحه، فاصله بین دو صفحه و گذردهی ماده بین آن ها بستگی دارد.

مقدار خازن در ترنسدیوسرهای خازنی متغیر است. ترنسدیوسر خازنی عمدتاً برای اندازه گیری جابه جایی خطی استفاده می شود و از سه اثر زیر استفاده می کند:

• تغییر ظرفیت خازن ترنسدیوسر به دلیل تغییر سطح صفحات خازن (A).
• تغییر در ظرفیت به دلیل تغییر فاصله بین صفحات (d).
• تغییر ظرفیت خازن به دلیل ثابت دی الکتریک (ϵ).

ظرفیت خازن برابر با نسبت مقدار انرژی ذخیره شده در یکی از صفحات به سطح ولتاژ در خازن است. ظرفیت به طور مستقیم با مساحت صفحه متناسب است و رابطه معکوس با فاصله آن ها دارد:

که در آن، ϵ ثابت تناسب بوده و گذردهی ماده بین صفحات خازن است.

وقتی از ماده عایق استفاده شود، ظرفیت به صورت زیر خواهد بود:

که در آن، ϵ0 گذردهی فضای آزاد ( 8.85 × 10−12F/m)، ϵr ثابت دی الکتریک ماده بین صفحات (برای هواϵr=1)، A مساحت صفحه برحسب متر مربع وd فاصله بین دو صفحه برحسب متر است.