Схема включения в измерительную цепь

Емкости большинства преобразователей составляют 10 – 100 пФ, и поэтому даже при относительно высоких частотах напряжения питания их сопротивления находятся в пределах:

Ом.

Выходные мощности емкостных преобразователей малы, и в измерительных цепях необходимо применение усилителей. Допустимые значения напряжения питания емкостных преобразователей достаточно велики, и напряжения питания, как правило, ограничивается не возможностями преобразователя, а условиями реализации измерительной цепи.

Основной трудностью построения измерительных цепей с емкостными преобразователями является защита их от наводок. Для этих целей как сами преобразователи, так и все соединительные линии тщательно экранируется. Однако экранированный провод имеет емкость  между жилой и экраном ( = 50 пФ/м), которая при неудачном выборе точки присоединения экрана может оказаться включенной параллельно емкости преобразователя. При этом падает чувствительность преобразователя, так как относительное изменение  емкости уменьшается, и появляется весьма существенная по значению погрешность, вызываемая нестабильностью емкости , поскольку любые изменения этой емкости воспринимаются как изменение рабочей емкости. Поэтому при построении измерительной цепи с емкостными преобразователями в первую очередь обращается внимание на включение так называемых паразитных емкостей.

Кроме того, следует обращать внимание на линейность зависимости выходного параметра измерительной цепи от измеряемой величины, имея в виду, что емкостные преобразователи являются преобразователями высокоомными, а измеряемая величина может быть связана линейной зависимостью как с сопротивлением преобразователя (при изменении зазора d), так и с его проводимостью (при изменении площади S или диэлектрической проницаемостью e).

Для работы с емкостными преобразователями применяют измерительные цепи, в основу которых положены различные структуры – делители напряжения, измерительные мосты, емкостно-диодные цепи, резонансные контуры.

С целью снижения влияния дестабилизирующих внешних факторов, паразитных емкостей в измерительных схемах широко применяют мостовую схему включения дифференциального емкостного датчика. Выходным сигналом такой измерительной схемы является ток разбаланса плеч моста.

Рисунок 6.11 Мостовая схема включения емкостного преобразователя.

                          (6.26)

Для измерения быстродействующих перемещений используют потенциометрическую, резисторно-конденсаторную схему.

Рисунок 6.12 Резистивно-емкостная схема включения преобразователя.

                             (6.27)

В настоящее время широкое применение находят измерительные схемы емкостных преобразователей с использованием операционных усилителей, обеспечивающих высокую чувствительность и линейность процесса измерительного преобразования.

Рисунок 6.13 Схема включения емкостного преобразователя с использованием операционного усилителя.

 

                               (6.28)

К недостаткам емкостных преобразователей можно отнести сильное влияние внешних электрических помех, наводок, наличие паразитных емкостей.

Устройства данного типа находят применение для измерения перемещений, размеров, при определении диэлектрических характеристик материалов.

При заземлении одной из пластин (обычно подвижной пластины) желательно элементы измерительной цепи располагать в одном корпусе с датчиком, например, так, как показано на рис 6.14, а.

 

 

           Рисунок 6.14 Измерительные цепи, расположенные

                       в одном корпусе с датчиком.

 

Провода, идущие к вершинам (а) и (б), могут быть без экранов, а емкость провода, подходящего к вершине (в) подключается параллельно источнику питания. В аналогичной цепи (рис. 6.14б) использован недифференциальный усилитель, что стало возможным благодаря предварительному выпрямлению  с разными знаками переменных напряжений, присутствующих на вершинах выходной диагонали моста.

На рис. 6.15 представлена емкостно-диодная измерительная цепь дифференциального датчика с заземленной пластиной. Емкости датчика  и  подсоединены к источнику переменного напряжения с помощью четырех диодов и двух дополнительных конденсаторов . В каждом полупериоде переменного напряжения открывается соответствующая пара диодов  ( ,  или , ). При этом каждый из конденсаторов  соединяется последовательно то с емкостью , то с емкостью . При неравенстве емкостей   и  токи через конденсаторы , текущие в положительном и отрицательном направлениях, будут не равны между собой. Вследствие этого на конденсаторах  появится постоянное напряжение, которое и является выходным. Если пренебречь падениями напряжения на диодах, то значение  определится приближенным соотношением                         

                  (6.29)

Рисунок 6.15 Емкостно-диодная измерительная цепь.

 

Нестабильность выходного напряжения определяется неидентичностью падения напряжения на диодах, поэтому диоды должны тщательно подбираться. Чтобы избежать шунтирования емкостей датчика паразитными емкостями, диодная сборка помещается в корпусе датчика. Неравенство паразитных емкостей   проводов, подходящих к точкам (а) и (б), приводит к изменению переменной составляющей напряжения на выходе; на постоянную составляющую напряжения эти емкости не влияют.

Возможный вариант цепи, предназначенный для телеизмерений. Здесь по одному коаксиальному кабелю передается переменное напряжение U от источника на датчик и постоянное напряжение – с датчика. Внутри датчика монтируются четыре диода, конденсатор   и резистор .

 

Рисунок 6.16 Измерительные цепи с резонансными контурами

 

На рис.6.16 приведены измерительные цепи с резонансными контурами. Цепи питаются от источников со стабильной частотой wо. При изменении емкости С преобразователя (рис. 6.16а) сопротивление контура изменяется по резонансной кривой (рис. 6.16б) и при   достигает максимума.

На склонах резонансной кривой может быть выбран участок, более или менее приближающийся к линейному. Пренебрегая сопротивлением  по сравнению с сопротивлениями и  и полагая

, , ,

напряжение на контуре можно выразить соотношением:

 

     (6.30)

Зависимости  представлены на рис. 6.16б.

 

⇐ Предыдущая51525354555657585960Следующая ⇒

Поделиться: