Емкостные преобразователи.

Емкостный преобразователь предоставляет собой конденсатор, электрические параметры которого изменяются под действием входной величин.

         Конденсатор состоит из двух электродов, к которым подсоединены выводные концы. Пространство между электродами заполняют диэлектриком. При изменении взаимного положения электродов  или при изменении диэлектрической проницаемости  среды межэлектродного пространства изменяется ёмкость конденсатора.

         Для плоского конденсатора ёмкость определяется выражением:

,

где:   δ – расстояние между электродами;

         S – их площадь;

         εо- электрическая постоянная;

         ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

         Изменение любого  из этих параметров изменяет ёмкость конденсатора.

         У преобразователя с прямоугольными электродами (Рис.10)  S = bx и имеется некоторый диапазон перемещения пластин Х1 в котором ёмкость линейно зависит от Х.

         В области линейной зависимости чувствительность такого преобразователя это чувствительность S'

постоянная и увеличивается с уменьшением δ.

Если изменяется δ функция преобразования C=f (δ) представляет собой гиперболическую функцию. Чувствительность преобразователя

                                 δ’=dC/dδ=εε0S/δ2.

    Если перемещать диэлектрическую пластину в зазоре плоского конденсатора (рис. 1.1), то можно получить преобразователь с переменной диэлектрической проницаемостью.

Ёмкость такого преобразователя определяется как ёмкость двух  параллельно включенных конденсаторов. Функция преобразования описывается выражением

                      C=Ce+Co=εo/ δ  ,           см. рис. 1.1

     Емкостные преобразователи могут выполняться по дифференциальной схеме (мостовой). Схема дифференциального преобразователя углового перемещения α  с переменной площадью электродов приведена на рис. 1.1 (в). В таких преобразователях средний подвижный электрод является общим для двух смежных плеч моста.

     Емкостной преобразователь включается в измерительную цепь, при этом изменение его ёмкости преобразуется в изменение напряжения или тока либо в частоту, а входной величиной является перемещение линейное или угловое.

     Наиболее простой измерительной схемой является мостовая. Номинальная ёмкость обычно лежит в пределах до сотен Пикофарад. На частоте 50 Гц внутреннее сопротивление достигает до 107 Ом. Для уменьшения таких сопротивлений частоту увеличивают до Мегагерц.

     Погрешность емкостных преобразователей складывается из  температурных (температура) можем изменить размеры электродов), влияния окружающих металлических предметов, емкостей измерительной цепи, вибраций и др.

     К достоинствам можно отнести простоту конструкции, малую массу и размеры. Его подвижные электроды могут быть достаточно жёсткими, с высокой собственной частотой, что дает возможность измерять быстропеременные величины. Заданием конфигурации электродов можно получить заданную функцию преобразования.