Емкостные измерительные преобразователи. Исполнитель

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?

 {spoiler=Подробнее}

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;
датчики уровня и линейных размеров; датчики концентрации и влажности; датчики тем­
пературы; датчики усилий;

по конструктивному исполнению на датчики: с плоскопараллельными пластинами
конденсатора; с цилиндрической формой конденсатора; с наличием диэлектрика между
пластинами; без диэлектрика;

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
лей.

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 п_р 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.

{/spoilers}