3. Охарактеризуйте устройство и работу емкостных датчиков

Принцип действия емкостного датчика состоит в преобразовании перемещения в изменение емкости С. Емкостные датчики бывают простые и дифференциальные. На рис. 4.4 представлены схемы конструкций некоторых емкостных датчиков. Емкость в таких датчиках может изменяться в результате изменения расстояния между пластинами (см. рис. 4.4, а, б), площади взаимного перекрытия пластин (см. рис. 4.4, в), а также и за счет изменения диэлектрических свойств изолирующего промежутка.

в

Рис. 4.4. Схемы конструкций емкостных датчиков: а, б— соответственно простого и дифференциального с переменным расстоянием между пластинами; в—с переменной площадью взаимоперекрытия пластин

Емкостные датчики питаются переменным током высокой частоты. Они очень чувствительны, а следовательно, в большой степени подвержены влиянию различных помех (наводок, действию внешних емкостей, отклонениям питающего напряжения и др.), поэтому применяются преимущественно как датчики релейного типа.

Как известно, ёмкость плоского конденсатора определяется формулой:

C=1/4π·έS/α

где έ — относительная диэлектрическая проницаемость; S — площадь пластин конденсатора;α — расстояние между пластинами конденсатора.

Из формулы видно, что изменение емкости конденсатора может происходить при изменении площади пластин 5, раcстояния между пластинами А, величины диэлектрической проницаемости е или при одновременном изменении всех пере­численных величин. Эти свойства конденсатора с переменной емкостью и положены в основу работы емкостных датчиков.

Плоские конденсаторы с переменным зазором применяются для измерения малых перемещений (рис. 28, а). Конденсатор включается в качестве пассивного элемента в электрическую схему, которая питается от источника переменного тока. Характеристика такого датчика (рис. 28, б) нелинейна.

Чувствительность в значительной степени зависит от величины зазора между пластинами: при увеличении зазора чувствительность уменьшается.

Для измерения вибраций или очень малых перемещений (до десятых долей микрона) применяют дифференциальный емкостный датчик, который включается в соседние плечи мостовой схемы (рис. 29). Например, при перемещениях подвижной пластины вверх емкость С1 (между нею и верхней пластиной) увеличивается, а С2 (между нею и нижней пластиной) уменьшается. Изменения параметров двух плеч при водят :к увеличению чувствительности датчика.

Рис.29

Емкостные датчики обладают рядом достоинств. Они характеризуются высокой чувствительностью, простотой устройства, небольшими габаритами и весом, малой инерционностью, незначительными усилиями электрического взаимодействия между обкладками датчика. Однако они имеют весьма большое внутреннее сопротивление, поэтому являются маломощными.

Для питания датчиков может использоваться только высокочастотное напряжение, так как только в этом случае реализуется их высокая чувствительность и обеспечивается стабильная работа.

К недостаткам емкостных датчиков следует отнести сильное влияние на их работу паразитных емкостей и посторонних электрических полей, изменений температуры и влажности окружающей среды.