20

М Тема: Приборы первичной информации для измерения механических величин (на основе использования емкостного первичного преобразователя) инистерство образования РФ Казанский государственный университет им.А.Н.Туполева Факультет Автоматики и Электронного приборостроения кафедра ПИИС Дополнительные материалы к лекциям по дисциплине: Приборы первичной информации ТЕТРАДЬ № Составитель: доц. каф. ПИИС А.А. Порунов Казань 2007

Содержание

1. Емкостные преобразователи в приборах первичной информации...............3

1.1.Общие сведения об емкостных преобразователях неэлектрических

величин....................................................................................................................3

1.2.Функция преобразования и структурная схема приборов первичной

информации на основе емкостных преобразователей...................................5

2.Основные виды емкостных первичных преобразователей............................9

3.Применение приборов первичной информации на основе

емкостного первичного преобразователя..........................................................14

1. Емкостные преобразователи в приборах первичной информации

1.1. Общие сведения о емкостных преобразователях неэлектрических величин

В основе принципа действия емкостных первичных преобразователей (ЕПП) неэлектрических величин лежит зависимость емкости конденсатора, от его геометрических форм и параметров. Под емкостью понимается физическая величина, характеризующая способность конденсатора запасать энергию в электрическом поле, образованном двумя проводниками разделенными диэлектриком.

Характер и степень изменения емкости преобразователя зависят не только от геометрических характеристик конденсатора, определяемых параметрами контролируемого объекта, но и от потенциала каждого электродов, а также от принятой схемы измерения. Поэтому, чтобы выявить главные особенности преобразования геометрических параметров объектов контроля в емкость, рассмотрим основные варианты конструктивной реализации ЕПП.

Для компланарного (плоского) ЕПП (рис. 1) значение емкости определя-ется следующим выражением

(1)

где _а – значение абсолютной диэлектрической постоянной диэлектрика конден-сатора, равная _а =  ₀ _r (обозначено:  ₀ – диэлектрическая проницаемость вакуума; _r – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика конденсатора; s – активная площадь пластин конденсатора;  – расстояние между пластинами (обкладками) конденсатора.

Рис.1 Емкостный первичный преобразователь с параллельными

пластинами

В неявной форме зависимость (1) можно представить в виде

, (1а)

из которой следует, что ЕПП является многовходовым преобразователем, т.е. входной величиной может быть диэлектрическая проницаемость _а, что указывает на возможность применения ЕПП в измерителях состава и свойств веществ, а также в измерителях уровня. Кроме того, если входная неэлектрическая величина влияет на площадь перекрытия пластин конденсатора s или расстояние между пластинами (между обкладками) конденсатора .

Из зависимости (1а) для ЕПП с входной величиной в виде линейного перемещения, приводящего к изменению , и построенного на основе плоского конденсатора, следует, что при выполнении условия   ₀, чувствительность Q такого ЕПП определяется соотношением

Q = . (2)

Для компланарного ЕПП (рис.2) с угловым относительным перемещением пластин  (рис.2), можно записать функцию преобразования в виде:

Рис.2 Емкостный первичный преобразователь с поворачивающимися

параллельными пластинами

, (3)

а чувствительность Q этого преобразователя определяется зависимостью:

Q = (4)

где s₀ – активная площадь пластин ЕПП при