Емкостные преобразователи

Емкостные преобразователи

Принцип действия емкостных преобразователей основан на изменении значения емкостного реактивного сопротивления в зависимости от изменения электрической емкости чувствительного элемента – конденсатора

1

Xc =    wC

, Ом,    (2.6)

где С =

εS

4πd

электрическая емкость конденсатора, Ф;

w = 2πf угловая частота электрического тока, рад. Гц;

f – частота электрического тока, Гц.

ε – диэлектрическая проницаемость, Ф/м;

S – площадь пластин, м2;

d – расстояние между пластинами, м.

Принимая во внимание, что значение электрической емкости, а значит и емкостного сопротивления определяется значениями ε, S и d, все преобразователи этого типа разделены на три группы.

К первой группе относятся датчики, использующие эффект изменения емкости в зависимости от изменения диэлектрической проницаемости. Подобные устройства могут быть как дискретного, так и аналогового действия.

Широкое применение находят так называемые электронные сигнализаторы уровня сыпучих материалов в бункерах предприятий строительной индустрии (рис.2.20,а), а также аналоговые датчики уровня жидкостей в резервуарах (рис.2.20,б). В обеих модификациях расстояния между пластинами конденсатора и площадь пластин

остаются постоянными.

а          C = f(h)            б

2

1

h

C = f(h)

Рис.2.20. Емкостные датчики уровня

Во второй группе емкостных преобразователей (рис.2.21,а) используют способность конденсаторов изменять электрическую емкость в зависимости от вариации расстояния между пластинами, имеющими постоянную площадь взаимодействия. Как правило, подобные преобразователи применяют для измерения микро перемещений.

В третьей группе используют эффект изменения электрической емкости в зависимости от изменения площади взаимодействия пластин конденсатора при постоянном расстоянии между пластинами (рис.2.21,б). В основном такие датчики служат для определения углового перемещения объектов.

Точность измерения при использовании преобразователей второй и третьей групп существенно зависит от стабильности диэлектрических свойств окружающей среды.

а          б

d          С = f(d) = f(L) a

L          С = f(s) = f(a)

Рис.2.21. Емкостные преобразователи для измерения линейных и угловых перемещений

Первичные преобразователи – конденсаторы во всех рассмотренных случаях устанавливают в электрический мост переменного тока в качестве одного из плеч. Снимаемый с измерительной диагонали моста потенциальный сигнал, пропорциональный изменению емкости конденсатора, выпрямляют с помощью двухполупериодного выпрямителя и направляют либо на аналоговый компаратор и далее на сигнальный преобразователь (рис.2.22), либо на измерительный преобразователь (рис.2.23).

Рис.2.22. Емкостной датчик с сигнальным преобразованием

Сигнальное преобразование применяют для определения только конечных состояний объекта при его перемещении или для фиксирования какого-либо события, например, наличия сыпучего материала в бункере.

Рис.2.23. Емкостной датчик с измерительным преобразованием

Измерительное преобразование применяют в случае необходимости определения текущего значения измеряемого параметра, например, уровня жидкости в технологической емкости.