2.Емкостные датчики

эти датчики имеют разнообразные области применения, однако наибольшее распространение они получили для измерения малых перемещений и физических величин, легко преобразуемых в перемещение, например давлений.

В простейшем случае они состоят из двух металлических пластин (электродов), разделенных малым воздушным зазором. Любое изменение зазора либо перекрывающихся площадей (при движение одной пластины вдоль другой) будет вызывать изменение емкости, которое затем можно будет измерить. Достоинством емкостных датчиков в отличие от резисторных и индуктивных является отсутствие шумов и самонагрева, стабильность метрологических характеристик во времени, потенциально высокая термоустойчивость. Емкостные датчики конструктивно исключительно просты, в них легко может быть внедрена микроэлектронная технология.

Перемещение подвижного электрода и соответствующее изменение емкости может быть измерено с помощью самоуравновешивающегося моста, либо автогенератора, в котором изменение емкости изменяет частоту генерации, что особенно привлекательно для цифровых систем. Для дистанционного измерения малых емкостей разработаны высокоэффективные автокомпенсационные измерительные цепи.

Изменение емкости конденсатора можно достичь изменение входной величины: расстояние d между двумя (и более) электродами (рис. 2.2, а); площади S электродов, образующих собственно емкость (рис 2.2,б); диэлектрической проницаемости  среды между электродами (рис. 2.2, в) и другими способами.

Рис. 2.2. Емкостные (диэлькометрические) измерительные преобразователи.

Емкость C плоскопараллельного конденсатора равна C =S/d. Емкость цилиндрического конденсатора вычисляется так: C =2∙∙∙l  ln (D₂ / D₁), где l – длина цилиндра; D₁ и D₂ – внутренний диаметр внешнего и наружный диаметр внутреннего цилиндра соответственно.

Диэлькометрические преобразователи, построенные на изменение расстояния между электродами, используют для измерения малых перемещений (до 1 мм). Для измерения больших перемещений применяют преобразователи с изменяющейся площадью электродов (рис 2.2, б).

Преобразователи с изменяющейся диэлектрической проницаемостью межэлектродного пространства (рис. 2.2, в) часто используют в схемах автоматического контроля и регулирования таких параметров технологического процесса, как уровень, толщина продукта, влажность, концентрация жидкостей, давление.

Достоинства диэлькометрических преобразователей: высокая чувствительность, простота конструкции, малые габариты и инерционность.

3. Электромагнитные датчики

Электромагнитные датчики получили широкое применение в различных областях науки и техники благодаря достаточно высокой точности, широким функциональным возможностям, надежности, особенно при работе в тяжелых эксплутационных условиях.

Датчики, преобразующие входную величину - перемещение в измене­нии индуктивности, называются индуктивными, а в изменение взаимоиндук­тивности - трансформаторными или реже взаимоиндуктив­ными.

Индуктивный датчик (рис.2.3) основан на изменении индуктивности обмотки 1 электромагнитного дросселя в зависимости от воздушного зазора _в между сердечником 2 и якорем 3. Здесь входным воздействием является перемещение якоря 3, а выходной величиной индуктивности L, или выходное сопротивление x = ω ∙ L (где ω - частота переменного тока),

Рис. 2.3. Схема индуктивного датчика

L = W2/ ( RM + RMB ) = W2 / (RM +	2δв	)		(2.5)
	μ0 ∙ SB

где W - число витков обмотки катушки; R_M - магнитное сопротивление магнитопровода; R_MB = 2δ_B ∕ ( μ₀ ∙ S_B ) - магнитное сопротивление воздушного зазора (μ₀ - магнитная проницаемость воздуха).

Достоинством индуктивных датчиков является простота и надежность. Недостатки: сравнительно малая чувствительность; зависимость индуктивного сопротивления от частоты тока; сравнительно небольшой диапазон линейного участка статической характеристики.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП) -получил особо широкое применение. Электрическая схема ДТП с подвижным сердечником, перемещающимся относительно обмоток, представлена на рис. 2.4.

Рис.2.4. Дифференциально-трансформаторный

преобразователь (ДТП)

Первичная обмотка 1 состоит из двух секций, намотанных согласно, а вторичная обмотка состоит из секций 3 и 4, включенных встречно. Подвиж­ный сердечник 2 соединен чувствительным элементом, на который воздейст­вует измеряемая физическая величина (перемещение, давление и т.п.).

Магнитный поток от первичной обмотки индуктирует в секциях вто­ричной обмотки ЭДС е₁ и е₂, значение которых зависит от величины тока в обмотке 1, его частоты и взаимных индуктивностей М₁ и М₂ между секциями 3 и 4 и первичной обмотки. При среднем (нейтральном) положении сердеч­ника взаимные индуктивности М₁ и М₂ равны. При отклонении сердечника вверх или вниз от нейтрального положения значение одной из взаимных ин­дуктивностей увеличивается, а другой – уменьшается.

ЭДС на выходе ДТП определяется по формуле:

Е = -j ∙ ω ∙ Ι ∙ M, (2.6) где ω = 2 π f ( f – частота питания ); I – ток питания первичной обмотки пре­образователя; М₁ = М₁ – М₂ – взаимная индуктивность между выходной и первичной обмотками, зависящая от положения сердечника в катушке пре­образователя.