57. Использование емкостного датчика для измерения механических величин

Для измерения толщины х ленты 3 из диэлектрика с (см.Рис. 5, б) ее протягивают между электродами 1 и 2, расстояние межу которыми . Емкость конденсатора будетC=s/[(-x)/+x/,где -диэлектрическая проницаемость воздуха.

Для измерения малых перемещений (до единиц микрометров), а также точного измерения быстроменяющихся сил и давлений применяются дифференциальные емкостные преобразователи с переменным зазором (Рис. 5,в). Средний электрод конденсатора укреплен на упругом элементе (мембране, упругой пластинке, растяжках) между неподвижными электродами 1 и 2.

Рассматриваемая схема может быть использована в приборах уравновешивания. Для этого усиленный сигнал с конденсатора после фазочувствительного детектирования может быть подан на обкладки 1 и 2, вследствие чего на средний электрод будет действовать электростатическая сила, уравновешивающая измеряе­мую силу. На Рис. 5, г и д показаны схемы устройства емкостных преобразователей с переменной площадью. В схеме на Рис. 5, г диэлектрик 1 перемещается по стрелке, а в схеме на Рис. 5, д один из электродов 2 жестко связан с валом и совершает угловые перемещения относительно неподвижного электрода 1.

Возможные области применения датчиков (в том числе и емкостных) чрезвычайно разнообразны, можно выделить лишь отдельные сферы:

• промышленная техника измерения и регулирования,

• робототехника,

• автомобилестроение,

• бытовая техника,

• медицинская техника.

58.Емкостной датчик уровня

В основу работы данного типа датчика положено свойство конденсатора изменять свою ёмкость при изменении состава и распределения материала диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора. Это свойство применяется во многих емкостных детекторах например в емкостных датчиках влажности.

Предположим, имеется коаксиальный конденсатор, помещённый в жидкость (Рисунок 1), которая может свободно проникать в пространство между пластинами. Если известна диэлектрическая проницаемость жидкости, то можно составить следующее равенство:

С=С₀+С_l=ε₀*G₀+ε_l*G_l       (1)

С – Общая ёмкость конденсатора С₀ – Ёмкость участка конденсатора, не содержащего жидкость С_l – Ёмкость участка конденсатора, содержащего жидкость ε₀ – Диэлектрическая проницаемость газовой среды  ε_l – Диэлектрическая проницаемость жидкой среды  G₀ – Геометрический коэффициент участка конденсатора, не содержащего жидкость G_l – Геометрический коэффициент участка конденсатора, содержащего жидкость

При изменении уровня жидкости величина суммарной ёмкости конденсатора также изменятся. Если конденсатор включен в электрическую цепь, не составляет труда отследить изменение ёмкости, по которому можно однозначно судить об изменении уровня жидкости.

Рисунок 1. Общая схема емкостного датчика уровня

Емкостные датчики лишены подвижных элементов, поэтому достаточно надёжны и долговечны. К их недостаткам следует отнести значительную температурную зависимость (которая, впрочем, может быть скомпенсирована), а также необходимость погружения в жидкость.