Основные положения. Емкостные чувствительные элементы

Емкостные чувствительные элементы

Чувствительные элементы с поперечным перемещением якоря

Индуктивный чувствительный элемент с поперечным перемещением якоря предназначен для измерения малых перемещений и их изменений. Для достижения возможно большей чувствительности и линейной характеристики чувствительный элемент выполняют в виде сдвоенных катушек с воздушными зазорами. Катушки одинаковы, якорь расположен между двумя магнитопроводами с зазорами.

При перемещении якоря на расстояние Х изменяются индуктивности L1 и L2 обмоток. В зависимости от направления перемещения одна из индуктивностей увеличивается, а другая уменьшается. На выходе формируются два сигнала, направленных навстречу друг другу. Разность этих сигналов поступает в измерительный канал, состоящий из преобразователей и измерительного прибора.
Наличие двух дифференциально включенных индуктивностей не только обеспечивает удвоенную чувствительность по сравнению с одно-катушечной системой и улучшенную линейность характеристики, но и одновре¬менно компенсирует влияние изменений температуры и потоков рассеивания. Так как погрешности, вызванные влияющими величинами, взаимно компенсируются, а реакция на изменение неэлектрической величины гораздо сильнее. Данное свойство относится ко всем типам дифференциальных датчиков.

Характеристика элементов с поперечным перемещением якоря.

-входная величина: перемещение;

-выходная величина: индуктивность;

-диапазон измерения: до 1 мм;

-погрешность от нелинейности: 1—3 %;

-частотный диапазон: 0—104 Гц;

-преимущества: крайне высокая чувствительность, конструктивная простота;

-недостатки: нелинейность, незначительный диапазон измерений, чувствительность к внешним магнитным полям, большое измерительное усилие.

Действие емкостных датчиков перемещения основано на преобразовании входной величины в изменения емкости конденсатора.
Если выбрать конденсатор с плоскими параллельными пластинами, разнесенными на расстояние, и пренебречь всеми краевыми эффектами, то емкость такого датчика можно определить по формуле:

С(х)=(ε₀εS)/d (3)

где ε₀=8,8542-10-12 А•с/(В•м)- диэлектрическая постоянная;

ε- относительная диэлектрическая проницаемость;

S- площадь пластин;

d- расстояние между пластинами.

Таким образом, из формулы (3) следует, что емкость является функцией расстояния между электродами, площади электродов и диэлектрической проницаемости диэлектрика между электродами. Очевидно, что имеются три метода реализации емкостного датчика перемещения: можно изменять расстояние между обкладками, площадь электродов и диэлектрическую проницаемость.
Емкостные чувствительные элементы, основанные на измерении изменения ε, применяют главным образом для определения состава веществ (при полном заполнении зазора контролируемой средой) и для измерения уровня при изменяющемся заполнении зазора, поэтому данный метод не рассматривается.