9.1. Емкостные датчики: принцип работы, схемы включения.

Устройства, содержащие не менее двух поверхностей, между которыми действует электрическое поле, называются электростатическими (ЭС) преобразователями. Электрическое поле создается извне приложенным напряжением или возникает при действии на вход преобразователя измерительного сигнала.

Преобразователи, в которых электрическое поле создается приложенным напряжением, составляют группу емкостных преобразователей. Основным элементом в этих преобразователях является конденсатор переменной емкости, изменяемой входным измерительным сигналом.

Рис. 3 Электростатический преобразователь

В дальнейшем под емкостным будем понимать преобразователь, в котором используется конденсатор с двумя или несколькими электродами (рис. 3). Для случая конденсатора с плоскими электродами площадью s, размещенными друг от друга на расстоянии d в среде с диэлектрической проницаемостью Е , ёмкость будет

C = E₀s/ d

Рассматриваемый преобразователь на электрической стороне характеризуется приложенным напряжением и, зарядом q=CU, током I=dq/dt и энергией W =CU /2.

Другая группа ЭС преобразователей основана на использовании сегнетоэлектриков, т. е. кристаллических диэлектриков, которые при определенных температурных условиях (при температуре ниже точки Кюри) обладают самопроизвольной поляризацией при отсутствии внешних электрических полей.

Емкостные датчики можно разделить на две основные группы - датчики параметрические (недифференциальные) и датчики дифференциальные.

В схемах с параметрическими датчиками происходит преобразование входной неэлектрической величины (угла поворота оси ротора датчика) в электрическую выходную величину (частоту, ток, напряжение), функционально зависящую от входной величины.

В схемах с дифференциальными датчиками, включенными в следящие системы, с датчика снимается лишь сигнал рассогласования, который становится равным нулю в установившемся состоянии следящей системы.

 

Рис. 5 Емкостной датчик, включенный в контур с генератором.

Рис 6. Емкостной датчик, включенный в цепь переменного тока.

9.2 Тензодатчики: схема включения, вывод формулы чувствительности.

Тензодатчик, измерительный преобразователь деформации твёрдого тела, вызываемой механическими напряжениями, в сигнал (обычно электрический), предназначенный для последующей передачи, преобразования и регистрации. Наибольшее распространение получили Т. сопротивления, выполненные на базе тензорезисторов (ТР), действие которых основано на их свойстве изменять под влиянием деформации (растяжения или сжатия) своё электрическое сопротивление (см. Тензорезистивный эффект). Конструктивно ТР представляет собой либо решётку (рис. 1), изготовленную из проволоки или фольги (из константана, нихрома, различных сплавов на основе Ni, Mo, Pt), либо пластинку из полупроводника, например, Si. ТР механически жестко соединяют (например, приклеивают, приваривают) с упругим элементом Т. (рис. 2) либо крепят непосредственно на исследуемой детали. Упругий элемент воспринимает изменения исследуемого параметра х (давления, деформации узла машины, ускорения и т. п.) и преобразует их в деформацию решётки (пластинки). При деформации меняется сопротивление тензорезистора и это формирует сигнал рассогласования в плечах моста. Чувствительность . Для исключения температурной погрешности и для повышения чувствительности применяют дифференциальное включение тензорезисторов в плечи моста.

Рис. 1. Схема включения двух тензорезисторов в мостовую цепь

Рис. 2. Схема тензорезисторного датчика: 1 — решётки; 2 — упругий элемент; R1,..., R4 — тензорезисторы; х — измеряемый параметр.