Такий датчик застосовується для вимірювання дуже малих переміщень до 1 мм (ємнісний мікрометр). Змінною величиною в такому датчику є відстань між пластинами. Залежність ємності С (n Ф) від величи ни зсуву d визначається виразом:
де d - величина зміни зазору між пластинами, мм;
er - відносна діелектрична проникність середовища між
Чутливість датчика визначається величиною приросту ємності при зміні контрольованої неелектричної величини на одиницю
Диференціальний датчик зі зміною зазору. Для підвищення точності і чутливості ємнісний датчик зазвичай робиться диференціальним. Такий датчик дає можливість контролювати не тільки величину переміщення, але і напрямок.
Диференціальний датчик конструктивно являє собою конденсатор з металевою обкладкою 1, вміщеній в середині датчика, на яку діє контрольована величина F (рисунок 18). Обкладання 1 закріплена на пружній підвісці з малою жорсткістю і може переміщатися паралельно самій собі під впливом зусилля. Дві пружні обкладання 2 і 3 ретельно ізольовані від корпусу прокладками 4. При відсутності механічного впливу обкладка 1 займає симетричне положення. при цьому ємності двох половин конденсаторів С1-3 і С1-2 однакові і рівні С. Під впливом вимірюваної неелектричної величини обкладка 1 переміщається і ємності верхньої і нижньої частини датчика отримують приріст з різними знаками:
Сили, що діють між парами обкладок, спрямовані зустрічно, тобто взаємно компенсуються. Зменшення або збільшення зазору викликають пропорційне зменшення або збільшення напруги.
В якості розрахункової формули для підрахунку величини ємності датчика можна використовувати формулу для плоскопараллельного конденсатора.
Датчик кутових переміщень - використовується для контролю незначних кутових переміщень (в телемеханике), для передачі показань стрілочних вимірювальних приладів.
на 1) жорстко скріплена з валом 3,
може легко провертатися
обкладання (пластини) 2 так,
що відстань між пластинами
залишається незмінним - малюнок 19.
Робоча площа такого датчика (заштрихована) залежить від кута повороту a обкладання 1. Для збільшення ємності датчика застосовують систему, що складається з декількох нерухомих і рухомих пластин.
Залежність ємності датчика від взаємного положення рухомих і нерухомих пластин визначається виразом:
де Sn - площа взаємодії між рухомою і однією з нерухомих пластин при куті повороту a = 0, см 2;
n - кількість нерухомих і рухомих пластин;
d - зазор між пластинами, мм.
Якщо пластини мають форму половини кола, а вісь обертання рухомих пластин знаходиться в центрі кола обох пластин, то ємність датчика в залежності від кута повороту:
С = 0, 89 S max (n-1) a / d 180
де a - кут повороту рухомої пластини щодо неподвіж- ної (від 0 до 180 ° і назад);
S max - площа взаємодії пластин при a = 180 ° (при повністю всунути пластинах), см 2.
Чутливість датчика визначається за формулою:
Циліндричний датчик для вимірювання переміщень - малюнок 20. Ємність датчика в залежності від осьового переміщення внутрішнього циліндра:
де l - довжина перекривається частини обкладок конденсатора, см;
d1. d2 - діаметри відповідно зовнішньої і внутрішньої обкла-
e - діелектрична проникність середовища.
Датчик для вимірювання рівня рідини. Датчики використовуються в ка- честве ємнісних рівнемірів (наприклад паливоміри), за допомогою яких можна виміряти рівні струмонепровідних рідин (гас, бензин, масло).
Малюнок 21 Малюнок 22
Ємнісний датчик виконаний у вигляді циліндричного конденсатора, що складається з металевої трубки 1 (бака) і металевого стержня 2, зануреного в рідину - малюнок 21.
Залежно від зміни висоти рівня рідини змінюється ємність конденсатора. Загальна ємність конденсатора може бути визначена як ємність двох паралельно з'єднаних конденсаторів
де С1 - ємність нижній частині, заповненої рідиною, рівень h,
С2 - ємність верхній частині, висотою (H- h), заповненої
Так як діелектрична проникність струмонепровідними середовища значно більше діелектричної проникності повітря (e = 1), то ємність такого датчика при зміні рівня змінюється.
Розглянемо датчик, наведений на малюнку 22. У резервуар 1, поміщені електроди 2. Якщо резервуар висотою Н заповнений рідиною до рівня h, то ємність датчика, якщо конденсатор плоский.
де e0 - абсолютна діелектрична проникність вакууму
e - відносна діелектрична проникність рідини;
d- відстань між пластинами;
b- ширина пластини.
Загальна ємність плоского конденсатора:
Для циліндричного конденсатора ємність датчика визначається виразом:
де Н - висота електрода датчика, см;
h - висота вимірюваного рівня, см;
eж - діелектрична проникність рідини.
З рівняння видно, що вимірюється ємність конденсатора залежить від величини h, тобто дозволяє визначати ступінь заповнення бака.
Чутливість датчика постійна на всьому діапазоні вимірювань.
Ємнісний датчик для вимірювання товщини матеріалу з діелектрика. (Наприклад з целулоїду).
Контрольований матеріал 1 простягається, за допомогою роликів 2, між обкладинками конденсатора 3 у цілому їх - малюнок 24.
Даний датчик являє собою плоскопараллельний конденсатор з двошаровим діелектріком.Еслі довжину зазору між обкладинками позначити d (мм), товщину стрічки діелектрика D (мм), а діелектричну проникність стрічки з діелектрика eд.е .. то ємність датчика:
де S - площа обкладок, см 2.
Для визначення малих змін ємності застосовують бруківку, резонансну схеми включення та схему биттям.