Датчики перемещения с изменяющейся емкостью

Емкостной датчик представляет собой одну или несколько емкостей с изменяющимися параметрами. Ёмкость зависит от площади обкладок конденсатора S, расстояния между ними d и диэлектрической проницаемостью диэлектрика e.

В различных датчиках, применяющихся для контролирования какой-либо неэлектрической величины, может меняться один из указанных параметров

На рис.16, а представлен датчик из двух параллельных пластин, применяющийся для измерения небольших смещений. В данном датчике переменой величины является расстояние между пластинами.

Для преобразования угловых перемещений в изменение емкости применяются поворотные датчики (рис.16, б), в которых переменной величиной является площадь конденсатора. Для увеличения емкости датчика обычно берут не одну пару пластин, а систему, состоящую из нескольких неподвижных и подвижных пластин. Примером такого датчика может явиться обычный воздушный конденсатор переменной емкости, применяемый в радиотехнике.

Для измерения перемещений применяются цилиндрические емкостные датчики (рис.16, в) с переменой площадью.

В датчиках для измерения уровня жидкости (рис.16, г) и сыпучих тел переменной величиной является диэлектрическая проницаемость.

Важнейшими характеристиками емкостных датчиков являются величина емкости датчика и его чувствительность.

Расчет емкости датчиков производится по формулам, отражающим соотношение величины емкости, геометрических размеров датчика и диэлектрической постоянной среды между обкладками конденсатора.

Чувствительность датчика выражается величиной приращения емкости при изменении контролируемой неэлектрической величины на единицу ее измерения. Чувствительность находят дифференцированием выражения для емкости по переменной неэлектрической величине (по смещению, углу поворота, высоте уровня).

Расчетная формула

Плоскопараллельный датчик для измерения смещений. Зависимость емкости от величины смещения (см. рис.16 а) выражается формулой

, (9.1)

где С – емкость датчика, пф;

величина смещения, т. е. величина изменения зазора между пластинами, мм;

d – зазор между пластинами при = 0, мм;

S – площадь пластин, см ² .

В этой формуле предлагается, что между пластинами находится воздух, т.е. .

Чувствительность такого датчика

,