Емкостные измерительные преобразователи.
Цель: изучение емкостных измерительных преобразователей, принцип их действия и характеристики. План;
1. Назначение и классификация.
2. Принцип действия и характеристики емкостных измерительных преобразователей.
3. Емкостный редуктосин.
4. Достоинства и недостатки емкостных измерительных преобразователей.
Вопрос: Как осуществляется электрическая редукция?
1. Назначение и классификация. Емкостный измерительный преобразователь представляет собой конденсатор, в котором изменение расстояния между пластинами, площади перекрытия пластин или диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами, преобразуется в изменение емкости. Емкостные измерительные преобразователи можно подразделить на следующие группы в зависимости от выбранного классификационного признака: по назначению емкостного датчика: датчики линейного и углового перемещения; по конструктивному исполнению на датчики: с плоскопараллельными пластинами по виду изменяемого параметра конденсатора на датчики: С изменяемой площадью перекрытия пластин; с изменяемым зазором между обкладками конденсатора; с изменяемой диэлектрической проницаемостью. Вопрос: Где используются емкостные датчики? 2. Принцип действия и характеристики емкостных измерительных преобразовате Емкостные измерительные преобразователи работают на переменном токе. Принцип их действия основан на изменении емкости конденсатора, определяемой соотношением C-^0S/J, (5,21) где s - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S- площадь пластины; 8 - толщина диэлектрика или расстояние между пластинами; s 0=\/ (6л 109), 1/ м, под воздействием контролируемой координаты управляемого объекта. Как видно из (5,21), на емкость конденсатора можно влиять изменением зазора § между пластинами, площади перекрытия S пластин, диэлектрической проницаемости s вещества, находящегося в зазоре между обкладками конденсатора. Выбор того или иного параметра конденсатора в качестве изменяемого зависит от характера измеряемой величины. Так, при измерении угловых механических перемещений наиболее удобно использовать в качестве изменяемого параметра площадь перекрытия пластин. Применение емкостных измерительных преобразователей для измерения таких физических параметров, как линейные размеры, концентрация вещества, влажность, температура, усилие основано на использовании свойства изменения диэлектрической проницаемости в зависимости от изменения измеряемого параметра. Включение емкостных датчиков с изменяемой диэлектрической проницаемостью осуществляется по мостовой или дифференциальной схемам. Для увеличения чувствительности датчика применяется параллельное включение обкладок конденсаторов, для которых создаются одинаковые условия, например, в случае измерения усилий на столб из ряда датчиков действует одна и та же сила, при измерении концентрации датчика помещаются в одну и ту же среду и т.п. Вопрос: Включение емкостных датчиков? 3. Емкостный редуктосин. Принцип электрической редукции, применяемый для построения высокоточных измерительных преобразователей индукционного типа, используют и при создании датчиков емкостного типа, а именно, емкостных редуктосшов, представляющих собой бесконтактные емкостные синусо - косинусные преобразователи угла с электрической редукцией. Емкостный редуктосин состоит из статора и ротора. По окружности статора располагается набор пластин, состоящий из четырех групп с последовательным соединением. На роторе размещаются пластины в форме зубцов. Выбор угловых размеров пластин статора и зубцов ротора производится из условия получения наиболее близкого к синусоиде изменения емкости в зазоре в функции перемещения. Отношение числа пластин статора к числу зубцов ротора равно 4/3 или 4/5. Число повторяющих частей, т.е. участков с одинаковым взаимным расположением ротора относительно статора, определяет передаточное отношение электрической редукции. Применение электрического соединения пластин в группы ослабляет влияние неравномерностей воздушного зазора, а также снижает погрешность, связанную с неидентичностью пластин, за счет осреднения, благодаря чему повышается точность емкостного редуктосина. Принцип действия емкостного редуктоси-на состоит в следующем. При подаче переменного напряжения на выходе преобразователя возникают два напряжения со сдвигом на 90 электрических градусов и изменяющихся в функции угла поворота ротора по закону, близкому к синусоидному. Пользуясь эквивалентной схемой емкостного редуктосина, можно найти значение выходного напряжения. При малых значених угловых перемещений выходное напряжение емкостного редуктосина пропорционально углу поворота ротора, причем чувствительность существенно возрастает по сравнению с обычным емкостным датчиком за счет наличия электрической редукции, передаточное отношение которой пр выбирается в пределах 10...20 и более. Кроме того, емкостный двухфазный редуктосин может использоваться в системах передачи угловых положений механически не связанных валов совместно с повротным трансформатором, выполняющим роль приемника. В этом случае при повороте ротора емкостного редуктосина на угол, равный шагу его зубцов, ротор поворотного трансформатора повернется на полный оборот. Таким образом, без наличия механического редуктора осуществляется редукция в передаче угла. Вопрос: Принцип действия емкостного редуктосина? 4. Достоинства и недостатки емкостных измерительных преобразователей. Преимуществами емкостных измерительных преобразователей являются: высокая чувствительность; большая разрешающая способность при малых значениях входного сигнала; простота конструкции, малые габариты и масса; незначительная величина силы притяжения между пластинами конденсатора, которую необходимо преодолевать при перемещении подвижных пластин. К недостаткам емкостных измерительных преобразователей следует отнести сравнительно низкий уровень мощности выходного сигнала; нестабильность характеристик при изменении параметров окружающей среды; влияние паразитных емкостей. Контрольные вопросы: Пути устранения недостатков измерительных преобразователей? Как осуществляется редукция передачи угла? Основные преимущества емкостных преобразователей? Как можно изменить емкость конденсатора? Литература : «Элементы систем автоматического управления и контроля.» Н.И. Подлесный, В.Г. рубанов.
датчики уровня и линейных размеров; датчики концентрации и влажности; датчики тем
пературы; датчики усилий;
конденсатора; с цилиндрической формой конденсатора; с наличием диэлектрика между
пластинами; без диэлектрика;
лей.