15.Преобразователи неэлектрических параметров ТП. Емкостные датчики.

Чувствительные элементы, преобразующие контролируемую или регулируемую величину в выходной сигнал, удобный для дистанционной передачи или дальнейшей обработки, называют датчиками.

 

Обычно в системах автоматического управления для передачи информации используются электрические сигналы. Поэтому широко применяются датчики, преобразующие неэлектрический сигнал в электрический. Датчики могут классифицироваться по назначению: датчики температуры, давления, уровня, линейных и угловых перемещений, состава веществ, оптических величин и т. п. Возможна классификация и по параметру датчика, изменяющемуся в результате преобразования измеряемой величины, — датчики активного сопротивления, емкостные, индуктивные и т. п.

Емкостные датчики. Принцип действия емкостных датчиков основан на преобразовании линейных или угловых перемещений в изменение емкости конденсатора. Ёмкость С любого плоского конденсатора равна

 

              (1)

где ₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума, равная 8,85х Ф/м; — диэлектрическая .проницаемость среды между пластинами; S — площадь перекрытия пластин, м²;  — зазор между пластинами, м.

Относительная чувствительность плоского емкостного датчика с переменным зазором

                              (2)      

Емкость датчика углового перемещения

                    (3)

где S — площадь перекрытия пластин при  = 0;  — угол пово­рота пластины.

Чувствительность такого датчика

                  (4) 

Из формулы  видно, что емкость датчика можно изменять, изменяя  зазор  между  пластинами,   площадь перекрытия  пластин или диэлектрическую проницае­мость диэлектрика

Так как сила электростати­ческого взаимодействия между пластинами очень мала, то рас­сматриваемые датчики находят широкое применение и тех слу­чаях, когда недопустимы боль­шие измерительные усилия. Они удобны для измерения вибраций с высокой частотой. Все емкост­ные датчики работают на переменном токе повышенной частоты (до 1000 Гц), что является их недостатком, так как усложняется схема из-за необходимости устранения паразитных емкостей. В настоящее время разработаны датчики с переменной площадью, работающие на частоте 500 Гц.

Наиболее распространенными схемами включения емкостных датчиков являются контурные и мостовые схемы. Последние в основ­ном применяются с дифференциальными емкостными преобразовате­лями. Это дает возможность получить большую чувствительность при компенсации некоторых вредных внешних факторов (например, температуры). Емкости дифференциального датчика  и  включаются в соседние плечи моста; в два других плеча включаются или взаимосвязанные индуктивно­сти, или полуобмотки трансформатора источника пита­ния , или низкоомные сопротивления. Для исключения влия­ния емкостей кабеля в схеме предусматривают специальные меры. Сигнал на выходе , такого моста практически линейно зависит от изменения емкости датчика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1-Емкостной датчик углового перемещения

 

 

Схема включения емкостного датчика в контурную цепь показана на рис, 2, где LC — контур, емкость  которого образована датчиком и питается от генератора Г стабильной частоты. Вслед­ствие изменения емкости датчика изменяется напряжение  на настроенном  контуре.

 

 

Рисунок 2-Схема включения емкостного датчика в резонансный контур