Емкостные преобразователи

Емкостные преобразователи осно­ваны на преобразовании измеряемой физической величины х в изменение электрической емкости С.

Емкостные преобразователи можно классифицировать на преобразователи с перестраиваемой структурой (взаим­ное перемещение обкладок конденса­тора, изменение количества и соста­ва диэлектрика в промежутке между обкладками конденсатора под воздей­ствием измеряемых факторов) и пре­образователи с неизменной структурой (конфигурация конденсатора и состав и количество диэлектрика неизменны, а емкость меняется под воздействием измеряемого фактора).

Если в простейшем случае емкость представляет собой плоский конденса­тор (рис. 2.17), то, пренебрегая краевы­ми эффектами, величину емкости мож­но выразить через параметры конден­сатора следующим соотношением:

где ε — диэлектрическая проница­емость вещества между обкладками конденсатора; δ и S — соответственно расстояние между обкладками и пло­щадь обкладок конденсатора.

Отсюда видно, что вариация ем­кости может быть получена вариаци­ей любого из параметров конденсато­ра, либо их комбинации. Варианты та­ких раздельных преобразований следу­ющие.

• Преобразование физической ве­личины в изменение расстояния между обкладками:

На этом принципе строятся разные ва­рианты датчиков малых перемещений и тех физических параметров, которые сводимы к малым перемещениям (мем­бранные датчики давлений и т.д.).

Конструктивная реализация та­ких преобразователей сводится к пе­ремещению по нормали одного элек­трода относительно другого неподвиж­ного, либо двух неподвижных в случае дифференциальной схемы измерений (рис. 2.18).

• Преобразование физической ве­личины в изменение активной площа­ди обкладок конденсатора:

Такое преобразование реализуется ли­бо при тангенциальном взаимном пе­ремещении обкладок плоского конден­сатора (без изменения зазора), либо при повороте на определенный угол одной обкладки относительно непо­движной при коаксиальной конструк­ции конденсатора (рис. 2.19). На этом принципе могут строиться датчики ма­лых перемещений, датчики угла пово­рота, момента сил и т.д. Формируя конфигурацию обкладок, можно кор­ректировать функцию преобразования датчика.

• Преобразование физической ве­личины в изменение количества или состава диэлектрика между обкладка­ми конденсатора:

На этом принципе строятся датчики для измерения концентрации опреде­ленных веществ либо содержания га­зообразной фазы в жидкой (сплош­ность), влажности воздуха и сыпу­чих тел, уровня жидкости (рис. 2.20), толщин диэлектриков (бумага и т.д.) (рис. 2.21) или влажности диэлектрика (бумага) при неизменной ее толщине и т. д.

Для емкостного уровнемера (рис. 2.20) емкость конденсатора образует­ся двумя параллельно включенными конденсаторами с заполнением жидко­стью на высоте l и парами на высоте L — l. Обкладки конденсатора обра­зованы двумя коаксиальными труба­ми радиусами R и r. Диэлектрическая проницаемость жидкости ε₂, паров — ε₁. Емкость датчика

Диэлектрическая проницаемость сухого воздуха составляет 8,85 · 10^-12 Ф/м.

Диэлектрики по величине диэлек­трической проницаемости подразделя­ются на полярные (ε > 12 - вода, спирты, ацетон и др.), слабополярные (3 < ε > 6), неполярные (ε < 3 — ма­сла, нефтепродукты и их производные, криогенные продукты). У чистых га­зов (азот, кислород, водород) ε< 1.

При измерении толщины диэлек­триков §2 (рис. 2.21) либо ее вариации (при протяжке ленты между обкладка­ми конденсатора) емкость конденсатора

Зазор δ₁— δ₂ чаще всего — воздушный промежуток.

К емкостным преобразователям с перестраиваемой структурой могут быть отнесены варикапы, используе­мые для измерения или регулирования температуры в небольшом температур­ном интервале.

Дата добавления: 2014-01-07