Электростатические преобразователи

Электростатический (ЭС) преобразователь представляет собой два или несколько тел, между которыми действует электрическое поле. Простейший ЭС преобразователь (рис. 18) содержит два электрода площадью S, параллельно расположенных на расстоянии d в среде с диэлектрической проницаемостью e.

C электрической стороны ЭС преобразователь харак­теризуется напряжением между пластинами U, зарядом q = С ^. U, где С – ем­кость, равная для равнорасположенных пластин ; током i = dq / dt, энергией электрического поля . Если одна из пластин (или диэлектрик между ними) имеет возможность перемещаться, то с механической стороны ЭС преобразователь характеризуется перемещением x, скоростью v = dx / dt и электростатической силой притяжения f_эл = dW_эл / dх.

При емкости изменяющейся в зависимости от измеряемой неэлектрической величины, ЭС преобразователь работает в различных датчиках прямого преобразования, а также как преобразователь неравновесия в датчиках уравновешивания. Величинами, влияющими на емкость, могут быть механическое перемещение, изменяющее зазор d или площадь S, температура и состав диэлектрика, влияющие на e. При этом ЭС преобразователь может работать либо на постоянном токе (в режиме заданного напряжения или заданного заряда), либо на пе­ременном токе (по несущей частоте), Например, если d = d₀ + x, то C = e^. S (d₀ + x), а при работе на постоянном токе в режиме заданного заряда, напряжение содержит составляющую, пропорциональную x.

При работе на несущей частоте ЭС преобразователь питается на­пряжением , круговая частота w которого должна значительно превышать наибольшую частоту W изменения емкости под действием измеряемой величины. Пусть, например, .Тогда

.

Первый член в скобках выражает несущее колебание постоянной амплитуды, второй член – составляющую тока, меняющуюся пропорционально изменению емкости, однако третий член нарушает эту пропорциональность. Для уменьшения этого влияния надо увеличи­вать отношение w/W.