5.6.4. Емкостные датчики

Такие датчики представляют собой плоские или цилиндрические конденсаторы, одна из обкладок которого испытывает перемещение, подвергаемое контролю, вызывая изменение емкости.

Емкость плоского конденсатора можно выразить как

,

где - относительная проницаемость среды, заключенной между обкладками конденсатора;

- проницаемость среды;

- площадь поверхности обкладок;

- расстояние между обкладками.

Для цилиндрического конденсатора имеем

,

где l - глубина погружения внутреннего цилиндра радиусом r₁ во внешний цилиндр радиуса r₂.

В случае плоского конденсатора перемещение обкладки может происходить либо:

- в собственной плоскости (A - переменная, D = const);

- либо перпендикулярно своей плоскости (A = const, D - переменная).

В случае цилиндрического конденсатора обкладка перемещается только параллельно оси (l = var).

Емкостные датчики просты, позволяют создавать надежные прочные конструкции.

Различают различные чувствительности датчика S к перемещению x:

- чувствительность емкости

;

- чувствительность импеданса

;

- относительная чувствительность

.

Примеры

1. Конденсатор с переменой площадью обкладок

Таким конденсатором может быть:

- либо плоский с вращающейся обкладкой (см. рисунок 5.17, а)),

- либо цилиндрический с одной из обкладок, перемещающейся вдоль оси (см. рисунок 5.17, б)).

Вобоих случаях емкость меняется линейно в зависимости от перемещений

. (5.54)

При этом:

- для плоского конденсатора из (5.49) следует

, (5.55)

- для цилиндрического из (5.50) имеем

. (5.56)

Соответственно чувствительности, определяемые по выражениям (5.51) - (5.53), находятся из выражений

(5.57)

2. Конденсатор с переменным зазором между обкладками

Схема такого конденсатора представлена на рисунке 5.18, где d – перемещение обкладки относительного начального зазора D₀.

Имеем

, (5.57)

откуда вытекают соотношения для вычисления чувствительностей:

; (5.58)

; (5.59)

. (5.60)

5.6.5. Цифровые датчики

Измерительную информацию, получаемую в аналоговом виде, можно обрабатывать с помощью цифровых схем.

Это становится возможным при использовании аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

В случае перемещений – линейного или углового – можно создать датчик, измеряющий положение в цифровой форме.

Как и во всех приборах с цифровым преобразователем информации, при этом применяется квантование непрерывных значений информации.

5.6.6. Датчики близости

У таких датчиков нет механической связи между прибором и перемещением объектов.

Взаимодействие между ними, как функция их взаимного положения, устанавливается посредством поля, которым может служить:

- поле магнитной индукции для датчиков с переменным магнитным сопротивлением;

- электромагнитное поле для емкостных датчиков.

Достоинством датчиков близости является отсутствие механической связи, в связи с чем они имеют широкую полосу пропускания, высокую надежность.

Недостатки таких датчиков:

- малый диапазон измерений;

- нелинейность статической характеристики;

- зависимость показаний некоторых из них от формы, размеров и материала объекта и от параметров окружающей среды.

Датчики близости используются как в аналоговом режиме, так и в режиме цифровых кодов.

Датчики близости применяются при:

- измерении и стабилизации положения;

- контроле размеров;

- изучении (без помех) движения объектов малой инерционностью.