4.7. Емкостные датчики

Емкостные датчики относятся к датчикам параметрического типа, в которых изменение контролируемой величины вызывает изменение емкостного сопротивления датчика. Емкость конденсатора зависит от формы и геометрических размеров электродов, от диэлектрической проницаемости и от расстояния между обкладками. В различных датчиках может меняться один из указанных параметров. При помощи емкостных датчиков измеряют геометрические размеры изделий, влажность изоляционных материалов и определяют состав изоляционного материала. Они получили распространение также в телемеханике - для преобразования механического перемещения в изменение электрической емкости конденсатора.

Чаще всего емкостной датчик представляет собой плоский конденсатор, состоящий из двух или более пластин, между которыми помещается диэлектрик.

Емкость плоскопараллельного конденсатора равна:

,

где εо - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, (εо= 8,85*10-12 ф/м);

εr - относительная диэлектрическая проницаемость между обкладками;

S - площадь перекрытия обеих пластин, см2;

d - зазор между пластинами, мм.

Рис.30. Зависимость емкости конденсатора от его параметров

Рис. 30. Зависимость емкости конденсатора от его параметров

Каждую из величин можно принять за входную (остальные параметры остаются постоянными) и получить соответствующий тип датчика с переменной емкостью на выходе.

Достоинства емкостных датчиков: высокая чувствительность, малый вес и габариты простота конструкции.

Недостатки: необходимость усиления снимаемого сигнала, необходимость тщательной экранировки датчика, применение высокочастотного источника.

Применение емкостных датчиков:

1) измерение малых перемещений;

2) контроль угловых перемещений;

3) передача показаний стрелочных измерительных приборов;

4) использование в качестве топливомеров;

5) измерений толщины материалов;

6) измерение уровней жидкостей;

7) измерение скоростей;

8) измерение давлений

Датчик угловых перемещений применяется для преобразования угловых перемещений в изменение емкости. Рис 31. Рабочая площадь (заштрихованная) зависит от утла поворота a подвижной пластины 1. Для увеличения емкости применяется несколько пластин.

Рис. 31. Датчик угловых перемещений. 1, 3 - пластины; 2 – вал.

Рис. 31. Датчик угловых перемещений. 1, 3 - пластины; 2 – вал.

Датчик для измерения уровня жидкости используются в качестве емкостного топливомера, с помощью которого можно измерить уровни токопроводящих жидкостей (керосина, бензола, масла и др.), причем датчиком топливомера может служить цилиндрический или плоский конденсатор, помещаемый внутрь топливного бака. Рис 32.

Рис. 32. Датчик для измерения уровня жидкости: 1 - резервуар; 2 - электрод

Рис. 32. Датчик для измерения уровня жидкости: 1 - резервуар; 2 - электрод

Датчик для измерения перемещения показан на рис. 33.

Рис. 33. Мостовая схема для измерения перемещения

Рис. 33. Мостовая схема для измерения перемещения

При отсутствии механического воздействия F обкладка 1 занимает симметричное положение, при этом емкости двух половин конденсатора С1-3 и С1-4 одинаковы и равны С. При воздействии измеряемой неэлектрической величины (механической) F обкладка 1 перемещается, а емкости верхней и нижней частей датчика получают приращение с разными знаками: С1-3=С+ΔС и С1-4=С-ΔС.

Технические средства автоматизации и управления


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.