Датчики линейных перемещений

Неэлектрические величины, подлежащие измерению и контролю, весьма многочисленны и разнообразны. Значительную их часть составляют линейные и угловые перемещения. На основе конденсатора, у которого электрическое поле в рабочем зазоре равномерно, могут быть созданы конструкции емкостных датчиков перемещения двух основных типов:

- с переменной площадью электродов;

- с переменным зазором между электродами.

Достаточно очевидно, что первые более удобны для измерения больших перемещений (единицы, десятки и сотни миллиметров), а вторые – для измерения малых и сверхмалых перемещений (доли миллиметра, микрометры и менее).

В простейшем случае в основе емкостного датчика линейных перемещений может быть использован одиночный конденсатор. Емкости датчиков в соответствии с рисунком 2.1 определяются выражениями:

; ;

и изменяются при перемещении на величину подвижной части конденсатора1 относительно неподвижной 2.

а)

б)

в)

Рисунок 2.1  Принципиальные схемы одноемкостных датчиков линейных перемещений

Упрощенные конструктивные схемы в соответствии с рисунком 2.2 охватывают все многообразие дифференциальных емкостных датчиков с однородным электрическим полем.

а)			б)
в)

Рисунок 2.2  Принципиальные схемы дифференциальных емкостных датчиков линейных перемещений

Зависимости емкости от перемещения для приведенных схем:

,;,;,,

где – величина перемещения подвижного электрода1 относительно неподвижных 2 и 3.

Наряду с дифференциальными конструкциями для измерения линейных перемещений используют полудифференциальные. Емкости полудифференциальных датчиков в соответствии с рисунком 2.3 определяются выражениями:

,;,.

а)

б)

Рисунок 2.3  Принципиальные схемы полудифференциальных емкостных датчиков линейных перемещений

Иногда для датчиков перемещения используются конденсаторы с подвижным диэлектриком, который изменяет диэлектрическую проницаемость среды между обкладками конденсатора в соответствии с рисунком 2.4.

Рисунок 2.4  Принципиаль0ная схема емкостного датчика линейных перемещений с подвижным диэлектриком

Датчики угловых перемещений

Емкостные измерительные преобразователи угловых перемещений подобны по принципу действия емкостным датчикам линейных перемещений, причем датчики с переменной площадью также более целесообразны в случае не слишком малых диапазонов измерения (начиная с единиц градусов), а емкостные датчики с переменным угловым зазором могут с успехом использоваться для измерения малых и сверхмалых угловых перемещений.

Обычно для угловых перемещений используют многосекционные преобразователи с переменной площадью обкладок конденсатора в соответствии с рисунком 2.5.

а)

б)

Рисунок 2.5  Принципиальные схемы емкостных датчиков угловых перемещений

В таких датчиках один из электродов конденсатора крепится к валу объекта, и при вращении смещается относительно неподвижного, меняя площадь перекрытия пластин конденсатора. Это в свою очередь вызывает изменение емкости, что фиксируется измерительной схемой.