Области применения, достоинства и недостатки ЕИП

В качестве входной величины могут использоваться:

1) перемещение (линейное и угловое);

2) давление;

3) температура;

4) концентрация растворов и смесей;

5) деформация.

Применение ЕИП с изменяющимся расстоянием между электродами целесообразно в том случае, когда диапазон изменения входной величины мал. Как правило, ЕИП применяются при измерении перемещений меньше 1 мм (10^-6 - 10^-3 м) и максимальное перемещение при этом (0,1 - 0,2)^.h_0.

Увеличение чувствительности преобразователя достигается уменьшением расстояния между электродами, предельное значение которого определяется технологическими соображениями и приложенным напряжением. При малых h возможен пробой.

Преобразователи с изменяющейся площадью используются для измерения относительно больших перемещений: линейных - более 1 мм и угловых до 270⁰. Конструкция с поворотным конденсатором применяется также в качестве выходного преобразователя для измерения электрических напряжений (емкостной вольтметр) [14].

г) д)

ж) з)

Рис. 7.1

а) б)

Рис. 7.2 Рис. 7.3

Уравнение преобразования ИП, изображенного на рис. 7.2б имеет вид

С = С₀ + С₁ = 2p[Х e_Ж + (L - Х) Х e₀]/ln(D/d). (7.6)

В преобразователе уровня электропроводящей жидкости один из электродов 1 может представлять собой цилиндрический электрод, покрытый слоем электроизоляционного материала. Вместо специального электрода может быть использован кусок провода, покрытого изоляцией [10]. Вторым электродом 2 является сама проводящая жидкость. Для соединения этого электрода с измерительной цепью используется электрод 3. При выполнении электрода 1 цилиндрическим уравнение преобразования может быть представлено в виде

С = 2p e_Ж e₀ Х/ln(D/d), (7.7)

где D и d - внешний и внутренний диаметры покрытия электрода 1.

ЕИП применяются также для измерения толщины диэлектрической ленты (рис. 7.3). Лента 1 протягивается с ,помощью роликов 2 между обкладками конденсатора 3. Уравнение преобразования записывается как

С = Q/[(h - х)/e₀ + х)/e_Л], (7.8)

где Q - площадь обкладок; h - зазор между обкладками; e_Л - диэлектрическая проницаемость материала ленты.

Как отмечалось ранее, ЕИП могут использоваться при измерении давления, деформации, температуры, концентрации растворов и смесей и других величин.

При воздействии гидростатического давления на диэлектрик емкостного ИП изменяется e диэлектрика преобразователя и соответственно его емкость

С = ke_Н (1 + a_e,Р DР), (7.9)

где k - коэффициент, учитывающий размеры ЕИП; DР - изменение давления; e_Н - диэлектрическая проницаемость при атмосферном давлении; a_e,Р - механический (барический) коэффициент e.

В качестве диэлектрика подобных ЕИП используются твердые, жидкие, газообразные диэлектрики. Для жидких: a_e,Р » 5^.10^-6 Па^-1; для газообразных a_e,Р » 5^.10^-4 Па^-1; Твердые - сегнетоэлектрики (турмалин, титанат бария) используются для измерения средних и больших давлений (до тысяч атмосфер).

При изменении температуры изменяется диэлектрическая проницае-мость, что приводит к изменению емкости конденсатора

С = ke_Н (1 + a_e,Т DТ), (7.10)

где e_Н - диэлектрическая проницаемость при начальной температуре; a_e,Т - температурный коэффициент e.

Для построения ЕИП, работающих в диапазоне от -100 до +100 ⁰С, находят применение диэлектрики из титановых соединений (тиконд и др.), которые имеют a_e,Т » - (10 - 15)^.10^-4 %/⁰C. Значительно большей чувствительностью к температуре обладают сегнетоэлектрики. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости для сегнетоэлектриков составляет величину 8,5-30 % / ⁰C.

Диэлектрическая проницаемость также зависит от концентрации и состава смесей.

К достоинствам ЕИП можно отнести:

1) принципиальное отсутствие шумов, в отличие от резистивных и индуктивных ИП;

2) отсутствие самонагрева;

3) простоту конструкции, малую массу и габариты;

4) возможность соответствующим выбором формы подвижного и неподвижного электродов получить заданную функциональную зависимость между изменением емкости и входным линейным или угловым перемещением (в преобразователях с переменной площадью перекрытия электродов);

5) малую силу притяжения электродов;

6) возможность применения как для статических, так и для динамических измерений.

Недостатками емкостных преобразователей являются:

1) малая емкость и высокое выходное сопротивление преобразователя;

2) зависимость результата измерения от изменения емкости кабеля.