ЕМКОСТНЫЕ ИП С ИЗМЕНЕНИЕМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

В соответствии с (7.11) изменение величины емкости ИП изменением геометрических параметров может достигаться или изменением площади обкладок Л = А0 ± АА, или расстоянием между ними h = hQ± А И, где А0, hQ среднее значение площади обкладок и расстояния между ними, а АА, Ah — приращения соответствующих величин.

Для выбора того или иного параметра конденсатора как выходного (т.е. изменяющегося по известной функции от входной физической величины) необходимо оценить линейность, чувствительность преобразования и диапазон изменения входной физической величины. При этом возможны два варианта: рассматривать изменение емкости от изменения входной физической величины или изменение емкостного сопротивления Zc = 1 /(соС).

Итак, имеются два выражения, связывающие изменяемый параметр с величиной емкости:

и

Чувствительность преобразования при изменении площади электродов Л при выходном сигнале, пропорциональном емкости, равна

а приращение емкости конденсатора АСа при изменении площади пластин на единицу будет равно

Если учесть, что размерность [в0] = Ф/м; в — безразмерная величина, то в целом размерность АСА будет фарада.

При изменении расстояния между электродами

а приращение емкости АСА, соответственно, будет равно

Аналогичным образом можно определить чувствительность при изменении емкостного сопротивления.

Оценим относительные приращения емкостей ИП для двух рассматриваемых случаев. Для этого разделим (7.20) на (7.21):

Если расстояние между обкладками конденсатора h много меньше их площади А, то предпочтительно параметром преобразования выбирать изменение расстояния между обкладками. Указанное обстоятельство определяет конструкцию емкостных ИП: если измеряемые линейные перемещения физического объекта малы (от десятка микрон до нескольких миллиметров), то используется ИП с изменением расстояния между обкладками, например емкостный ИП толщины диэлектрической пленки на поточной линии ее производства.

На рис. 7.4 показана часть емкостного датчика давления. Преобразователь давления в величину емкости состоит из двух камер. В первую поступает измеряемое давление Р, воздействующее на мембрану с жестким центром М. Вторая камера образована корпусом датчика и мембраной. На корпус нанесена пленка диэлектрика Д, а на нее напылена пленка металла, образующая с жестким центром мембраны две обкладки емкостного ИП.

Входное давление Р вызывает прогиб мембраны М и тем самым изменение емкости ИП. Использование жесткого центра обеспечивает параллельное перемещение части мембраны при ее прогибе под действием входного давления.

Если расстояния между обкладками конденсаторного ИП велики, то согласно (7.22) ИП с изменением площади обкладок обеспечивают гораздо большее приращение емкости.

Широкое применение ИП с изменением площади обкладок нашли при разработке измерителей уровня порошкообразных пищевых



продуктов, зерна, цемента, песка, жидкостей (топлива, кислот, щелочей) в баках. Если сыпучие материалы или жидкости неэлектро- проводны, то измеряют емкость между металлической стенкой бака и опущенным в него стержнем или тросом, изолированным от корпуса бака.

Пример выполнения емкостного уровнемера для токопроводящей жидкости (кислота, щелочь, растворы солей) приведен на рис. 7.5 [13].

Емкостный датчик для измерения электропроводных жидкостей

Рис. 7.5. Емкостный датчик для измерения электропроводных жидкостей


Узел емкостного преобразователя датчика давления

Рис. 7.4. Узел емкостного преобразователя датчика давления:

К - корпус датчика; М - мембрана с жестким центром; Д - слой диэлектрика; О - обкладка емкостного ИП


В бак диаметром D и высотой h опущен металлический провод диаметром d2, окруженный слоем диэлектрика диаметром dx. Провод является одной обкладкой конденсаторного ИП. Вторая обкладка является переменной величиной, определяемой уровнем (высотой) жидкости х.

От днища бака до верхнего слоя жидкости обкладкой является сама электропроводящая жидкость, и диэлектрическая проницаемость на этом участке будет определяться проницаемостью диэлектрика ег1. На интервале высот h - х второй обкладкой емкости ИП является корпус бака диаметром D, а диэлектрическая проницаемость среды определяется проницаемостью газа ег2, равной практически единице (см. п. 7.1), и проницаемостью диэлектрика ег1.

В целом величина емкости определяется суммой параллельно включенных емкостей: емкости в газовой части бака С{ и емкости заполненной жидкостью части бака С2:

В большинстве случаев D » dv и первым слагаемым в квадратных скобках можно пренебречь. Остается приближенное равенство, выражающее линейную зависимость емкости от высоты столба жидкости:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >