Емкостные датчики перемещения

В основе работы датчиков данного типа лежит взаимосвязь ёмкости конденсатора с его геометрической конфигурацией. В простейшем случае речь идёт об изменении расстояния между пластинами вследствие внешнего физического воздействия (Рисунок 1). Поскольку ёмкость конденсатора изменяется обратно пропорционально величине зазора между пластинами, определение ёмкости при прочих известных параметрах позволяет судить о расстоянии между пластинами. Изменение ёмкости можно зафиксировать различными способами (например, измеряя его импеданс), однако в любом случае конденсатор необходимо включить в электрическую цепь.

Рисунок 1. Емкостной датчик линейного перемещения с изменяющейся величиной зазора.

Другой схемой, где выходным параметром является электрическая ёмкость, является схема, содержащая конденсатор с подвижным диэлектриком (Рисунок 2). Перемещение диэлектрической пластины между обкладками конденсатора также приводит к изменению его ёмкости. Пластина может быть механически связана с интересующим объектом, и в этом случае изменение ёмкости свидетельствует о перемещении объекта. Кроме того, если сам объект обладает свойствами диэлектрика и имеет подходящие габариты — он может быть использован непосредственно в качестве диэлектрической среды в конденсаторе.

Рисунок 2. Емкостной датчик линейного перемещения с подвижным диэлектриком.

Емкостные датчики – предоставляют возможность проведения бесконтактных измерений расстояний до объектов с токопроводящей поверхностью. Измерения проводятся с микронной точностью, температура, магнитные поля и радиация практически не оказывают влияния на результаты измерений. Возможно проведение измерений при низких температурах, вплоть до абсолютного нуля и в условиях глубокого вакуума. Датчики работают в среде нетокопроводящих жидкостей и газов. Основное применение датчиков - контроль соосности и биения валов, зазоров в подшипниках, допусков изготовления деталей, а также экспериментальные исследования в жестких условиях.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь состоит из цилиндрического каркаса, внутри которого перемещается ферромагнитный сердечник. На каркасе по всей его длине равномерно размещена первичная обмотка W1. Вторичные обмотки W2 и W3 намотаны поверх первичной обмотки симметрично, относительно ее середины, и подключены встречно, т.е. начала каждой обмотки соединены между собой, а концы – выведены наружу.

L W2

При изменении уровня жидкости в баке изменяется положение поплавка и положение сердечника в датчике. До тех пор пока сердечник находится в средней части дифференциального трансформатора, в обеих вторичных обмотках W2 и W3 индуцируются равные э.д.с.

Но так как обмотки подключены встречно, разность потенциалов на выходе трансформатора равна нулю. При уменьшении уровня жидкости в баке поплавок будет опускаться, а сердечник, наоборот, подниматься. Вследствие этого ЭДС, индуцируемая в обмотке W2 увеличится, а ЭДС в обмотке W3 уменьшится и на выходе трансформатора появится сигнал переменного напряжения, пропорциональный понижению уровня жидкости в баке. Для сопряжения датчика с системами автоматического контроля и управления применяют выпрямительный мост, с выхода которого снимают сигнал постоянного напряжения, чей уровень также пропорционален амплитуде контролируемой величины.

Трансформаторные датчики используются для измерения механических сил и перемещений. Они надежны в эксплуатации, имеют значительный выходной сигнал. Они позволяют получать более мощный выходной сигнал в сравнении с другими типами датчиков.

Датчики используется в танкостроении, космонавтике, авиации, автомобилестроении, строительстве.