Емкостные статические преобразователи

На рис.2.7,а, а показано устройство емкостного преобразователя для измерения уровня. Преобразователь состоит из двух параллельно соединенных конденсаторов: конденсатор С₁ образован частью электродов и диэлектриком – жидкостью, уровень которой измеряется; конденсатор С₂ – остальной частью электродов и диэлектриком – воздухом. Емкость преобразователя определяется:

С=С₁+С₂=[ ( ) ] ,

где – полная длина цилиндра; – длина, на которую цилиндр заполнен; и – радиусы внешнего и внутреннего цилиндров.

На рис.2.7,б показан принцип устройства емкостного преобразователя для измерения толщины ленты из диэлектрика. Испытуемая лента 1 протягивается с помощью роликов 2 между обкладками 3 конденсатора. Если длину зазора между обкладками конденсатора обозначить , площадь обкладок S, толщину ленты и ее диэлектрическую проницаемость , то емкость С можно выразить как С = .

Рис.2.7

На рис.2.7,в показан принцип устройства емкостного преобразователя с переменной площадью пластин используемых для измерения угла поворота вала.

достоинством емкостных преобразователей с переменной площадью пластин является возможность за счет выбора формы подвижной 1 и неподвижной 2 пластин получить заданную функциональную зависимость между изменением емкости и входным угловым или линейным перемещением.

для измерения малых перемещений нашли применение преобразователи с переменным зазором. Принцип устройства подобного дифференциального преобразователя изображен на рис.2.7,г. Обкладка 2 за креплена на пружинах и перемещается поступательно под воздействием измеряемой силы F. Обкладки 1 и 3 неподвижны. Емкость между обкладками 2 и 3 увеличивается, а между обкладками 1 и 2 – уменьшается.

Область применения емкостных преобразователей весьма разнообразна, однако наиболее широко они используются для измерения малых перемещений и величин, легко преобразуемых в перемещение, например давлений.

Огромным достоинством емкостного элемента является принципиальное отсутствие шумов в отличие от резистивных и индуктивных элементов и отсутствие самонагрева. Все это приводит к тому, что в настоящее время в качестве наиболее высокочувствительных преобразователей в научных исследованиях используются емкостные преобразователи даже в области сверхнизких температур.