10.6 Емкостные преобразования

Емкостный преобразователь представляет собой конденсатор, емкость которого изменяется под действием входной величины.

Конденсатор состоит из 2-х пластин электродов между которыми находятся диэлектрик (воздух). Изменяя взаимное положение электродов или свойства диэлектрика (его диэлектрическую проницаемость) можно изменить емкость конденсатора.

Рис. 10.16 Емкостный преобразователь

Емкость преобразователя определяется:

где e₀ - электрическая постоянная,

e_r - относительная проницаемость диэлектрика,

Q - площадь перекрытия,

δ - расстояние между электродами.

Изменение любого из этих параметров может привести к изменению емкости преобразователя

Резонансная схема включения емкостных преобразователей.

Рис. 10.17 Резонансная схема включения емкостных преобразователей

Генератор через разделительный трансформатор T питает резонансный LC - контур.

Индуктивность контура - это вторичная обмотка трансформатора Т, а емкость состоит из емкостей преобразователя C_пр и конденсатора настройки емкости С_н. Частота генератора и его выходное напряжение постоянны. При изменении C_пр напряжение на контуре U_вых меняется по резонансной кривой.

Подстроенный конденсатор С_н служит для настройки схемы на максимальную чувствительность. Чувствительность схемы высокая. Она увеличивается при увеличении добротности контура.

Данная схема чувствительна к температурным погрешностям и имеет нелинейность статического характера, а также требует стабилизации частоты генератора. Требуется применение измерения прибора с высоким входным сопротивлением R_вх.

Мостовая схема включения емкостных преобразователей

Рис. 10.18 Мостовая схема включения емкостных преобразователей

Схема представляет собой 4-х-плечий мост, где С_п’ и С_п’’ - дифференциальный преобразователь 2-го типа. При изменении емкостей С_р нарушается баланс моста и на измерительной диагонали появляется выходной сигнал, который усиливает и поступает на измерительный прибор.

Для устранения влияния внешних электромагнитных полей применимо экранирование соединительных проводов. Емкости С_э1, С_э2, С_э3, С_э4 включены параллельно активным сопротивлениям R1 и R2 и входит в полное сопротивление плеч моста. Эти емкости могут изменяться в процессе работы.

Для уменьшения влияния сопротивления на выходное сопротивление моста сопротивление R₁ и R₂ берутся малого номинала. Т.к. С_э5,не входит в диагональ моста, то оно не влияет сильно на изменение выходного напряжения.

10.7 Пьезоэлектрические преобразователи

В кристаллических диэлектриках различно заряжены ионы располагаются в определенном порядке и образуют кристаллическую решетку. Действие пьезоэлектрического преобразователя основана на прямом пьезоэффекте - электризация кристалла под действием внешних сил.

Вещества, которые обладают пьезоэффектом, называются пьезоэлектриками. Для изготовления измерительных преобразователей наибольшее применение нашли кристаллы кварца, а также искусственные пьезоэлектрические материалы – пьезокерамика.

Входной величиной воздействующей на преобразователь являются силы производящие как деформацию сжатия - растяжения, так и деформацию сдвига. Выходная величина - напряжение на электродах.

Рис. 10.19 Схема включения пьезоэлектрического преобразователя

При постоянной силе воздействия измерять ЭДС трудно, т.к. заряд мал и быстро протекает через входное сопротивление вольтметра. При переменной силе процесс измерения ЭДС упрощается.

Для измерения вырабатываемой пьезоэлектрическим преобразователем ЭДС используется вторичный преобразователь, в роли которого выступает вольтметр переменного тока проградуированный в единицах на измеряемую величину. Пьезоэлектрический преобразователь не приемлем для измерения статических напряжений.

Погрешности могут быть вызваны:

– изменением температуры,

– изменения влажности,

– несовершенство пьезоэлектрических материалов,

–наводка внешними электромагнитными полями, паразитной ЭДС, нестабильность параметров экранирования кабеля.