Конструкции емкостных измерительных преобразователей

На рис. 6.10 показано устройство емкостного преобразователя для измерения уровня. Преобразователь состоит из двух параллельно соединенных конденсаторов: конденсатор   образован частью электродов и диэлектриком – жидкостью, уровень которой измеряется; конденсатор  - остальной частью электродов и диэлектриком – воздухом. Емкость преобразователя

(6.23)

где  - полная длина цилиндра;  – длина, на которую цилиндр заполнен жидкостью; e - диэлектрическая проницаемость жидкости;  и  - радиусы внешнего и внутреннего цилиндров.

На рис. 6.10,б изображен емкостный зонд для измерения уровня проводящей жидкости. Емкостный зонд был предложен для измерения высоты волн и представляет собой остеклованный электрод 1. Электродом 2 служит проводящая жидкость, которая присоединяется к измерительной цепи при помощи электрода 3. Емкость

                      (6.24)

где  – глубина погружения; e - диэлектрическая проницаемость стекла;  и  – внешний и внутренний радиусы стеклянного покрытия. Вместо специального электрода может быть кусок провода, покрытого изоляцией, не смачиваемой жидкостью.

 

Рисунок 6.10 Конструкции емкостных преобразователей.

 

На рис. 6.10, в показан принцип устройства емкостного преобразователя для измерения толщины ленты из диэлектрика. Испытуемая лента 1 протягивается с помощью роликов 2 между обкладками 3 конденсатора. Если длину зазора между обкладками конденсатора обозначить δ, площадь обкладок S , толщину ленты  и ее диэлектрическую проницаемость , то емкость C можно выразить как

                    (6.25)

На рис. 6.10г показан принцип устройства емкостных преобразователей с переменной площадью пластин, используемых для измерения угла поворота вала. Пластина 1, жестко скрепленная с валом, перемещается относительно пластины 2 так, что длина зазора между ними сохраняется неизменной. Достоинством емкостных преобразователей с переменной площадью пластин является возможность соответствующим выбором формы подвижной 1 и неподвижной 2 пластин получить заданную функциональную зависимость между изменением емкости и входным угловым и линейным перемещением. Преобразователи с переменной площадью применяются для измерения перемещений, больших 1 мм.

Для измерения малых перемещений ( ) получили применение преобразователи с переменным зазором. Принцип устройства подобного дифференциального преобразователя изображен на рис. 6.10д. Обкладка 2 закреплена на пружинах и перемещается поступательно под воздействием измеряемой силы F. Обкладки 1 и 3 неподвижны. Емкость между обкладками 2 и 3 увеличивается, а между обкладками 1 и 2 - уменьшается.

Огромным достоинством емкостного элемента является также принципиальное отсутствие шумов в отличие от резистивных и индуктивных элементов и отсутствие самонагрева. Все это приводит к тому, что в настоящее время в качестве наиболее высокочувствительных преобразователей в научных исследованиях используются емкостные преобразователи.

Габаритные размеры емкостных преобразователей обычно определяются конструктивными соображениями. Однако следует всячески стремиться к увеличению емкости преобразователя, так как это уменьшает его выходное сопротивление и облегчит требования, предъявляемые к измерительной цепи и изоляции преобразователя.

Для увеличения емкости преобразователя зазор между пластинами уменьшают, насколько это возможно по технологическим и конструктивным соображениям. Он обычно составляет 100 - 500 мкм, а в некоторых преобразователях даже 10 – 20 мкм. При таких малых зазорах изменение их в процессе работы на 1 – 0,1 мкм уже может вызвать существенное изменение емкости, поэтому воздушный зазор должен быть тщательно защищен от влаги, пыли и паров, способных вызвать коррозию.

При проектировании емкостных преобразователей одним из важных вопросов является способ изоляции и крепления электродов. Лучшими свойствами обладают керамические изоляционные материалы, однако, их поверхностное сопротивление сильно зависит от загрязнения и влажности, поэтому при выборе крепления деталей преобразователя нужно предусмотреть минимальное влияние поверхностных сопротивлений изоляции на полное сопротивление утечки.

Для того чтобы в зависимости от температуры не изменялось расстояние между пластинами емкостного преобразователя, нужно подобрать материалы с соответствующими коэффициентами линейного расширения. Температурная     погрешность нуля в значительной степени снижается при применении дифференциальных преобразователей.

Выходное сопротивление преобразователя при заданной емкости падает с ростом частоты, поэтому частоту напряжения питания не следует выбирать меньше 500 - 1000 Гц, а большинство измерительных цепей работает на частотах Гц.    

 

⇐ Предыдущая51525354555657585960Следующая ⇒

Поделиться: