Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Абсолютное изменение емкости

C=0,088(n - l) s/d (6)

На рис. 2, б изображен датчик роторного типа для преобразования угловых перемещений в емкости. Примером такого датчика может быть обычный воздушный конденсатор переменной емкости, применяемый в радиотехнике. Переменной величиной в нем является площадь конденсатора. В системах автоматики и телемеханики такой датчик применяется для передачи показании указывающих приборов. На рис. 2, б приняты следующие обозначения: /—неподвижная пластина (статор), жестко закрепленная на неподвижной детали, 2— подвижная пластина (ротор), жестко скрепленная с осью 3. она может свободно поворачиваться относительно неподвижной пластины 1, при этом расстояние между пластинами остается неизменным, рабочая площадь (заштрихована) зависит от угла поворота пластины 2.

Для увеличения емкости датчика применяют систему, состоящую из нескольких неподвижных и подвижных пластин. При этом емкость датчика

С = Со + 0,088 a/d, (7)

где Со—начальная емкость датчика;

— изменение площади s на единицу поворота ;

— угол поворота подвижных пластин относительно неподвижных.

На рис. 2, в изображен цилиндрический датчик с переменной площадью для измерения перемещений более 1 мм. В этом случае емкость датчика

С = 0,088 х 2 1 / (In r_н/r_вн), (8)

где 1—длина перекрываемой части обкладок конденсатора;

r_н и r_вн — радиусы цилиндров внешней и внутренней обкладок соответственно.

При смещении внутреннего цилиндра (обкладки) на величину 1 абсолютное изменение емкости

С = 0,088 х 2 1 (Inr_н/r_вн). (9)

Достоинством данного датчика является большая емкость при небольших габаритах по сравнению с другими типами датчиков.

Из анализа работы датчиков, рассмотренных выше (за исключением датчика, изображенного на рис. 1, а видно, что между изменением емкости С и изменением площади s (или перемещением h, и 1) существует линейная связь.

Емкостные датчики с переменной диэлектрической проницаемостью могут быть двух типов: с перемещением диэлектрика перпендикулярно или параллельно плоскости пластин. На рис. 3, а изображен датчик для измерения уровня жидкости (первый тип). Здесь 1 — бак; 2—жидкость. При различных величинах диэлектрической проницаемости воздуха _i = _в и перемещающегося диэлектрика 2 (в данном случае жидкость) образуются два конденсатора C₁ и С_2,, соединенные параллельно. Эквивалентная схема рассматриваемого датчика приведена на рис. 3, б. Общая емкость:

С = C₁ + С₂ = 0,088 _вbh₁/d + 0,088 ₂bh₂/d, (10)

где C1 — емкость верхней части бака высотой h1, заполненная воздухом;

С2— емкость нижней части бака, заполненная жидкостью, уровень h2, которой изменяется;

b —ширина обкладки (на рис. 3 а не показано);

h — полная высота электрода (обкладки).

Так как диэлектрическая проницаемость токонепроводящей среды значительно больше диэлектрической проницаемости воздуха ( в = 1), то емкость такого датчика при изменении уровня меняется очень резко и в широких пределах. Учитывая, что

в = 1, h1 = h – h2, a 2 = ж,

где ж — относительная диэлектрическая проницаемость жидкости, преобразуем формулу (10) к виду:

C= , (11)

где С_в, — начальная емкость датчика при отсутствии диэлектрика;

C = 0,088bh₂(e_ж — l)/d — абсолютное изменение емкости.

На рис. 3, в показан второй тип датчика, в котором диэлектрическая проницаемость изменяется по высоте d₂ параллельно плоскости пластин. Такой датчик может быть применен для измерения толщины материала из диэлектрика, например, из целлулоида. Датчик второго типа можно рассматривать как плоскопараллельный конденсатор с двухслойным диэлектриком, емкость которого:

c=0,088S/() = 0,088S/ (), (12)

где d — зaзоp; d1 и d2--соответствующие толщины диэлектриков (воздуха, материала);

i и 2 —соответствующие диэлектрические проницаемости воздуха и диэлектрика.

Если принять ₁ = в= 1, а 2 = д и разделить числитель и знаменатель (12) на d, то получим С = Св + С или

С/Св = ( _д - 1)/[ _д/d/d₂ -1)+1] (13)

Анализ формулы (5.13) показывает, что изменение емкости С/Св будет линейным в том случае, если пространство между пластинами заполнено диэлектриком с весьма малой толщиной и _д = const. Относительное изменение емкости колеблется в очень широких пределах С/С = 10^-6: 10¹ и зависит от чувствительности элемента, а также от величины абсолютной емкости С.

Достоинствами емкостных датчиков являются:

а) высокая чувствительность, что позволяет измерять быстропеременные параметры (давление, вибрацию, ускорение и т.д.);

б) малый вес и размеры;

в) небольшая инерционность;

г) небольшое обратное воздействие на исследуемый параметр;

д) небольшая величина силы взаимодействия между пластинами.

Из недостатков емкостных датчиков можно отметить следующие:

а) наличие большого внутреннего емкостного сопротивления Хс из-за малой емкости конденсатора;

б) потребность в источнике напряжения повышенной частоты;

в) необходимость тщательной экранировки датчика для уменьшения внешних электрических полей и паразитных емкостей;

г) влияние влажности и изменения температуры, что сказывается на геометрических размерах датчика и диэлектрической проницаемости воздуха. Влияние влажности и температуры компенсируется особыми схемными и конструктивными решениями.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒