Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Рассмотрим основные типы емкостных датчиков.

Датчик по типу плоского конденсатора ( датчик из двух параллельных пластин ). Если связать подвижную пластину 2 с объектом измерения, а пластину 1 оставить неподвижной, то емкость конденсатора бу дет изменяться с изменением расстояния между пластинами.

(рисунок 17)

 

Рисунок 17

Такой датчик применяется для измерения весьма малых перемещений до 1 мм ( емкостной микрометр) . Переменной величиной в таком датчике является расстояние между пластинами. Зависимость емкости С (n Ф) от величи ны смещения d определяется выражением:

где d - величина изменения зазора между пластинами, мм;

er - относительная диэлектрическая проницаемость среды между

обкладками.

 

Чувствительность датчика определяется величиной приращения емкости при изменении контролируемой неэлектрической величины на единицу

ее измерения.

Дифференциальный датчик с изменением зазора. Для повышения точности и чувствительности емкостной датчик обычно делается дифференциальным. Такой датчик дает возможность контролировать не только величину перемещения, но и направление.

 

Рисунок 18

Дифференциальный датчик конструктивно представляет собой конденсатор с металлической обкладкой 1, помещенной в середине датчика, на которую действует контролируемая величина F(рисунок 18). Обкладка 1 закреплена на упругой подвеске с малой жесткостью и может перемещаться параллельно самой себе под воздействием усилия. Две упругие обкладки 2 и 3 тщательно изолированы от корпуса прокладками 4 . При отсутствии механического воздействия обкладка 1 занимает симметричное положение , при этом емкости двух половин конденсаторов С1-3 и С1-2 одинаковы и равны С . Под воздействием измеряемой неэлектрической величины обкладка 1 перемещается и емкости верхней и нижней части датчика получают приращение с разными знаками :

С1-3 = С +DС ; С1-2 = С -DС.

 

Силы, действующие между парами обкладок, направлены встречно, т.е. взаимно компенсируются. Уменьшение или увеличение зазора вызывают пропорциональное уменьшение или увеличение напряжения.

В качестве расчетной формулы для подсчета величины емкости датчика можно использовать формулу для плоскопараллельного конденсатора.

Датчик угловых перемещений - используется для контроля незначительных угловых перемещений (в телемеханике), для передачи показаний стрелочных измерительных приборов.

Подвижная обкладка (пласти -

на 1) жестко скреплена с валом 3,

может легко проворачиваться

относительно неподвижной

обкладки (пластины) 2 так,

что расстояние между пластинами

остается неизменным – рисунок 19.

 

 

Рисунок 19

Рабочая площадь такого датчика (заштрихованная) зависит от угла поворота a обкладки 1. Для увеличения емкости датчика применяют систему, состоящую из нескольких неподвижных и подвижных пластин.

Зависимость емкости датчика от взаимного положения подвижных и неподвижных пластин определяется выражением :

где Sn - площадь взаимодействия между подвижной и одной из неподвижных пластин при угле поворота a = 0, см2;

n - количество неподвижных и подвижных пластин;

d - зазор между пластинами, мм.

 

Если пластины имеют форму половины круга, а ось вращения подвижных пластин находится в центре окружности обеих пластин, то емкость датчика в зависимости от угла поворота :

С = 0, 89 S max( n-1 ) a / d 180

где a - угол поворота подвижной пластины относительно неподвиж- ной (от 0 до 180° и обратно);

S max - площадь взаимодействия пластин при a=180° (при полностью вдвинутых пластинах), см2.

Чувствительность датчика определяется по формуле :

Sд = 0,89 Smax ( n - 1 ) / d 180

 

Цилиндрический датчик для измерения перемещений –рисунок 20. Емкость датчика в зависимости от осевого перемещения внутреннего цилиндра :

где l - длина перекрываемой части обкладок конденсатора, см;

d1, d2 - диаметры соответственно внешней и внутренней обкла-

док, мм

e - диэлектрическая проницаемость среды.

Рисунок 20

 

Датчик для измерения уровня жидкости. Датчики используются в ка- честве емкостных уровнемеров (например топливомеры), с помощью которых можно измерить уровни токонепроводящих жидкостей (керосин, бензин, масло).

 

 

 

Рисунок 21 Рисунок 22

 

 

Емкостной датчик выполнен в виде цилиндрического конденсатора, состоящего из металлической трубки 1 (бака) и металлического стержня 2, погруженного в жидкость - рисунок 21.

В зависимости от изменения высоты уровня жидкости изменяется емкость конденсатора. Общая емкость конденсатора может быть определена как емкость двух параллельно соединенных конденсаторов

С = С1+ С2 ,

где С1 - емкость нижней части, заполненной жидкостью, уровень h,

который изменяется ;

С2 - емкость верхней части, высотой ( H- h ), заполненной

воздухом.

 

Так как диэлектрическая проницаемость токонепроводящей среды значительно больше диэлектрической проницаемости воздуха (e=1), то емкость такого датчика при изменении уровня изменяется.

Рассмотрим датчик, приведенный на рисунке 22. В резервуар 1, помещены электроды 2. Если резервуар высотой Н заполнен жидкостью до уровня h, то емкость датчика, если конденсатор плоский, :

; ;

где e0- абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума

(e0=8,85×10-12 Ф/М ; e0 =8,9×10-3 пФ/ мм )

e - относительная диэлектрическая проницаемость жидкости;

d- расстояние между пластинами ;

b- ширина пластины .

 

Общая емкость плоского конденсатора :

Для цилиндрического конденсатора емкость датчика определяется выражением :

 

где Н - высота электрода датчика, см ;

h - высота измеряемого уровня, см ;

eж - диэлектрическая проницаемость жидкости.

 

Из уравнения видно, что измеряемая емкость конденсатора находится в зависимости от величины h, т.е. позволяет определять степень заполнения бака.

Чувствительность датчика постоянна на всем диапазоне измерений.

Существуют емкостные датчики для измерения уровня токопроводящих жидкостей. В этом датчике центральный стержень (внутренний цилиндр) покрыт тонким электроизолированным слоем 3. Внутренний цилиндр 2, помещается в наружный цилиндр (трубку) 1 – рисунок 23. Стержень 2 изолирован от трубки 1 изоляционным слоем 4. При установке нескольких датчиков, соединенных параллельно, наблюдается меньшая зависимость показаний от различных положений датчика (от кранов и т. д.)

Рисунок 23

 

Емкостной датчик для измерения толщины материала из диэлектрика. (например из целлулоида).

Контролируемый материал 1 протягивается, с помощью роликов 2, между обкладками конденсатора 3 не касаясь их – рисунок 24.

 

Рисунок 24

 

Данный датчик представляет собой плоскопараллельный конденсатор с двухслойным диэлектриком.Если длину зазора между обкладками обозначить d (мм), толщину ленты диэлектрика D (мм), а диэлектрическую проницаемость ленты из диэлектрика eд.э., то емкость датчика :

где S - площадь обкладок, см2.

 

Чувствительность датчика :

Для определения малых изменений емкости применяют мостовую, резонансную схемы включения и схему биением.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:2473

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2022 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.