Емкостные датчики

Емкостные датчики преобразуют линейное или угловое перемещение в изменение емкости конденсатора (1)

где d - расстояние между обкладками конденсатора (электродами);

ε - диэлектрическая проницаемость среды;

s - суммарная площадь электродов, составляющих конденсатор.

Тип датчика определяется в зависимости от того какой из параметров уравнения (1) принят в качестве регулирующего.

1) с = f(s)| _{d,ε = idem} ("idem" - не влияет на функцию)

Применяются при перемещениях более 1 мм. Во всех случаях одна обкладка конденсатора неподвижна и соединена с корпусом измерительного прибора, а другая подвижна и соединена с первичным преобразователем.

Среди них различают:

- плоские, цилиндрические (линейного перемещения);

- поворотные (поворотного типа).

а) плоские б) цилиндрические в) поворотные

2) с = f(d)| _{s,ε = idem}

П рименяются при перемещениях менее 1 мм.

Недостаток - нелинейность ст. характеристики. Однако, при малых перемещениях (менее 1 мм) величиной можно получить линейную зависимость с малой погрешностью. Датчики такого типа обладают большой чувствительностью и используются при малых перемещениях.

3) с = f(ε)| _{d, s,= idem}

Эти датчики используются для измерения уровня, состава и концентрации жидких веществ, а также для толщины и влажности твердых диэлектриков.

Электрическая емкость может меняться либо от соотношения сред с различной диэлектрической проницаемостью, занимающих объем конденсатора, либо от изменения среды, входящей в конденсатор.

Первые представляют собой сложный конденсатор, состоящий из двух параллельно включенных конденсаторов с различной диэлектрической проницаемостью

Статическая характеристика в данном случае линейна.

Вторые представляют собой конденсатор с двухслойным диэлектриком, выполненный в виде двух последовательно включенных конденсатора, эквивалентная емкость которых определяется следующим выражением

Индуктивные датчики

И. д. преобразуют линейное или угловое перемещение в изменение индуктивности обмотки с магнитопроводом.

Р азличают одноконтактные и двухтактные (или дифференциальные).

I. Одноконтактные

Среди них выполняются конструкции с переменной величиной воздушного зазора и с переменной площадью воздушного зазора.

А. С переменнной величиной воздушного зазора

1 – стальной магнитопровод;

2 – подвижный якорь;

3 – катушка;

 - величина воздушного зазора.

В данном случае L = W²/R_,

где L – индуктивность катушки;

W – число витков обмотки;

R_ – магнитное сопротивление воздушного зазора. R_ = 2 / (₀s),

где s – площадь воздушного зазора;

₀ – магнитная проницаемость воздушного зазора.

Тогда L = W²₀s / (2)

Т.е. индуктивность является обратно-пропорциональной зависимостью L = f(1/).

При активной нагрузке в малых перемещениях (до 1 мм) и R_об  R_н

U =UR /(L) = 2UR /(W²₀s) =k,

где k = 2UR /(W²₀s),

 - угловая частота питающего напряжения.

Статическая характеристика: U_вых = f( )

Недостатки:

1) наличие остаточного напряжения при малых  (влияние магнитного сопротивления магнитопровода);

2) при больших  нелинейность (влияние токов рассеивания);

3) не реагирует на изменение знака сигнала.

Б . С переменной площадью воздушного зазора

1 – соленоид;

2 – подвижный сердечник.

Р абота аналогична предшествующему устройству. Применяется при перемещениях от 5 до 50 мм.

Недостатки:

1) наличие остаточного напряжения;

2) не реагирует на малые перемещения;

3) не реагирует на изменение знака сигнала.

II. Дифференциальные

Представляет собой два одноконтактных датчика с общим якорем.

1 – магнитопроводы с обмотками W₁ и W₂

2 – подвижный якорь

TV – трансформатор напряжения

R_н подключено между общей точкой обмоток и средней точкой вторичной обмотки трансформатора.

При  = (нейтральное положение якоря) возникающие индуктивности и токи равны L₁ = L₂  I₁ = I₂ и тогда U_вых = IR_н, где I = I₁ – I₂ - результирующая сила тока.

При    L₁  L₂ и I₁ I₂.

С татическая характеристика есть алгебраическая сумма изменений напряжений в каждой обмотке от величины воздушного зазора.