Емкостной метод, конденсаторы.

Известно, что емкость С конденсатора зависит:

 (1.2)

где

е- диэлектрическая постоянная диэлектрика;

d-расстояние между электродами;

В частности емкость плоского конденсатора с двумя электродами определяется выражением:

 (1.3)

мессбауэр самолет навигация гироскопическая система

Изменение емкости С конденсатора согласно формуле (1.2) можно осуществить путем изменения расстояния dмежду электродами, эффективной площади Sэлектродов и диэлектрической постоянной s диэлектрика. Для измерения неэлектрических величин можно использовать также изменения диэлектрических потерь в конденсаторе.

В простейшем случае емкостной преобразователь состоит из двух параллельных пластин, разделенных воздушным диэлектриком, причем перемещение одной из пластин вызывает изменение емкости конденсатора. На (рисунок 1.4) показано принципиальное устройство емкостного преобразователя. На (рисунок 1.5) показан емкостной преобразователь в котором между двух неподвижных электродов перемещается подвижный диэлектрик. Так как изменение емкости конденсатора является однозначной функцией перемещения, то по изменению емкости можно судить о величине перемещения.

Рисунок 1.4 Схема емкостного преобразователя

Е – неподвижный электрод; D – подвижный электрод

Рисунок 1.5 Схема емкостного преобразователя с подвижным диэлектриком.

E, D – неподвижные электроды; L–подвижный диэлектрик;

h – перемещение диэлектрика.

Для увеличения чувствительности емкостного датчика следует уменьшать зазор между пластинами, однако при этом возможно замыкание пластин. Но если заполнить часть зазора диэлектриком с большой диэлектрической постоянной, чувствительность датчика возрастет и при тех же перемещения подвижной пластины можно будет получить значительно большее изменение емкости.

Емкостные датчики обладают малой мощностью, особенно на низких частотах. Обычно емкость датчика составляет С=100-300 мкмкф, а изменение не превышает 10% от общей емкости. Если, например, к емкостному датчику с С=100мкмкф приложено напряжение u =5в частотой =400 гц, то мощность Р датчика равна:

ва

Так как мощность измерителя должна быть во много раз меньше мощности датчика, то такой измеритель должен обладать высокой чувствительностью, но это не вполне возможно, поэтому емкостные датчики, как правило, работают на повышенных частотах и с применением усилителей. Для преобразования изменения емкости в соответствующее изменение силы тока, напряжения или частоты применяются различные электрические схемы: резонансные, мостовые, электростатические.

В резонансных схемах емкость датчика является элементом резонансного контура и изменение емкости вызывает изменение резонансной частоты, что в результате приводит к изменению частоты или амплитуды тока, протекающего по контуру. К числу преимуществ резонансных схем следует отнести высокую чувствительность и линейную зависимость выходной электрической величины и емкости. Однако в этих схемах трудно получить постоянную настройку, и следовательно, трудно обеспечить постоянство нуля прибора.

В мостовых схемах емкость датчика включается в одно или два плеча и служит переменным элементом моста, Недостатком мостовых схем для преобразования емкости является трудность достижения равновесия моста из-за несинусоидального питающего напряжения и неточного выполнения условий равновесия.

В электростатических схемах переменная емкость датчика используется для модуляции постоянного напряжения. Падение напряжения на переменной емкостиподается на сетку усилительной лампы с большим входным сопротивлением. Подобные схемы удовлетворительно работают только при измерении быстро изменяющихся неэлектрических величин.