8.4 Вимірювальні кола ємнісних перетворювачів

Ємності більшості перетворювачів складають 10-100пФ, тому навіть при відносно високих частотах напруги живлення (10⁵-10⁷Гц) їх вихідні опори великі і рівні Х_с=1/(с)=10³10⁷Ом. Вихідні потужності ємнісних перетворювачів малі, і у вимірювальних колах необхідно використовувати підсилювачі.

Основними проблемами у побудові вимірювальних кіл з ємнісними перетворювачами є захист від наводок. Для цих цілей перетворювачі та з’єднувальні ланки екрануються.

Крім цього слід звертати увагу на лінійність залежності вихідного параметру вимірювального кола від вимірюваної величини. Беручи до уваги те, що ємнісні перетворювачі є перетворювачами високоомними, а вимірювальна величина може бути пов’язана лінійною залежністю як з опором перетворювача (при зміні зазору ), так і з його провідністю (при зміні площі S, або діелектричної проникності ).

Для роботи з ємнісними перетворювачами використовують вимірювальні кола. В основу яких покладені різноманітні структури: дільник напруги, вимірювальні мости, ємнісно-діодні кола, резонансні контури.

На рисунку 8.2 показана схема кола з ОП, побудована за принципом дільника напруги. Ємності екранованих проводів с_е1, с_е2, с_е3 практично не впливають на роботу вимірювального пристрою. Це пояснюється тим, що ємності с_е1,с_е3 включені паралельно джерелу сигналу U і ОП, що мають низькі вихідні опори. Ємність с_е2 включена паралельно входам ОП, і напруга на ній близька нулю.

Рисунок 8.2.– Схема кола побудована по принципу дільника напруги

Диференціальні ємнісні перетворювачі включаються переважно в мостові вимірювальні кола. На рисунку 8.3 приведено приклад такого кола, що містить мости з індуктивно пов’язаними плечима.

Рисунок 8.3.– Схема кола з індукційно пов’язаними плечима

Загальним недоліком схем, зображених на рисунку 8.2 та рисунку 8.3 є те, що вони можуть бути використані лише для давачів у яких всі пластини ізольовані від корпусу. При заземленні однієї із пластин бажано елементи вимірювального кола розміщувати в одному корпусі з давачем, наприклад так, як показано на рисунку 8.4 Тоді провідники, які ідуть до вершин а і б, можуть бути без екранів, а ємність с_ж.е. проводу, що підходить до вершини в, підключається паралельно джерелу живлення.

Рисунок 8.4.– Схема кола в якому вимірювальні елементи розташовані в одному корпусі з давачем

На рисунку 8.5 приведені вимірювальні кола з резонансними контурами. Кола живляться від джерел із стабільною частотою ₀. При зміні ємності с перетворювача опір контуру змінюється по резонансній кривій і при досягає максимуму.

Напругу на контурі можна виразити:

, (8.5)

нехтуючи R₂, ; ; ; .

Рисунок 8.5.– Схема кола з резонансними контурами

8.5 Електростатичні перетворювачі в вольтметрах

Принцип роботи таких вольтметрів базується на взаємодії двох систем заряджених пластин, одна з яких рухома.

Рисунок 8.6 - Схема вимірювального механізму електростатичного приладу

Нерухома система складається з двох паралельних металевих пластин 1 (Рисунок 8.6), а рухома – сектоподібних алюмінієвих пластин 2, закріплених на осі 5, на якій встановлено також стрілочний покажчик 4 та один кінець протидійної пружини 3.

Перевага таких приладів – мала споживана енергія, високий клас точності (0,5..0,05). Недоліки – чутливість до електромагнітних наводок.

У давачах зрівноваження використовуються електростатичні зворотні перетворювачі, принцип дії яких базується на виникненні сили між зарядженими тілами. Сила взаємодії між двома пластинами конденсатора визначається за формулою

, (8.6)

де U – напруга між пластинами;

₀ – зазор;

S – площа пластин;

 - діелектрична проникність середовища.

В основному використовуються в давачах зрівноваження тиску. Тиск створюється електростатичним зворотнім перетворювачем:

. (8.7)

Максимальне значення тиску Р_=100Па.