1.3 Емкостные датчики.

Принцип действия емкостных датчиков основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.

Питание емкостных датчиков переменное напряжение (обычно повышенной частотой – до десятков мегагерц)

Обычно в качестве измерительных схем применяют схемы с использованием резонансных контуров и мостовые схемы. Схемы с использованием резонансных контуров как правило используют зависимость частоты колебаний генератора от емкости резонансного контура , т.е. датчик имеет частотный выход.

Достоинством емкостных датчиков является – простота , малая инерционность и высокая чувствительность .

Недостатки – влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств.

Применение емкостных датчиков: измерения угловых перемещений, вибраций, скорости движения , очень малых линейных перемещений и т.д. а так же для воспроизведения заданных функций (пилообразных, прямоугольных, гармонических и т.п.)

Особенности конструкции:

Датчики обычно выполняются в виде плоского или цилиндрического конденсатора. Подвергаемая контролю перемещение испытывает одна обкладка. При этом она создает изменение емкости, которую можно выразить следующим образом:

(1)

Где: - диэлетрической проницаемостью материала,d – зазор, S – площадь пластин.

Рисунок 4. Емкостный датчик вибрации.

Индуктивные датчики, электромагнитные датчики.

Принцип работы индуктивного датчика – изменение индуктивности катушки и сердечника (рисунок 5). Индукционное изменение происходит из-за проникания в магнитное поле катушки металлического предмета изменяя это магнитное поле. Соответственно и изменяется схема подключения, в которой основную роль играет компаратор. Компаратор при изменении индукции подает сигнал на реле или выключатель, который отключает подачу электрического тока.

Основное применение индуктивного датчика – это измерение перемещения частей оборудования и при превышении заданных пределов отключать его. У датчиков так же есть пределы измерения перемещения, в диапазонах от 1 микрона до 20 миллиметров.

Достоинства:

1. Высокая надежность (отсутствие скользящих контактов, быстро выходящих из строя)

2. Простота конструкции.

3. Высокая чувствительность.

4. Возможность подключения к электрическим сетям с промышленной частотой.

5. Возможность выдерживать большую входную мощность

Недостатки:

1. Необходимость стабильного напряжения, так как напряжение и точность работы датчика взаимосвязаны.

Наглядные примеры:

Рисунок 5. Индуктивный датчик перемещения.

Рисунок 6. Датчик перемещения для ферромагнитных материалов.

Рисунок 7. Датчик перемещения вихретоковый.

1.5. Пьезоэлектрические датчик.

Принцип работы датчика основан на пьезоэлектрическом эффекте (рисунок 8, 9). Пьезоэлектрический эффект – физическое явление основанном на появление на гранях некоторых кристаллов электрических зарядов разных знаков при сжатии кристалла в определенном направлении. Сжатие или растяжение меняет количество зарядов между гранями, соответственно и разность потенциала. Датчики относятся к генераторному типу. В зависимости от сжатия появление зарядов на гранях называется прямым пьезоэффектом. Так же есть и обратный пьезоэффект - при при подачи напряжения на грани кристалла изменяются его размеры (происходит сжимание или разжимание).

Применение:

1. Общие структурные элементы и узлы измерительных приборов и систем.

2. Приборы неразрушающего контроля изделий и материалов

3. Электроакустическая, инфразвуковая техника и ультразвуковая техника

4. Приборы для измерения механических величин

5. Приборы для измерения акустических характеристик и величин

6. Полупроводниковые приборы и микроэлектроника

Схема пьезоэлектрического датчика давления:

Рисунок 8. Схема пьезоэлектрического датчика.

Описание рисунка 8:

1. Пьезопластины.

2. Гайка из диэлектрика.

3. Электрический вывод.

4. Корпус (Служащий вторым выходом)

5. Изолятор

6. Металлический электрод.

P- измеряемое давление.

Рисунок 9. Пьезоэлектрический датчик вибрации.