Физические основы емкостных преобразователей. Область их применения.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 15Следующая ⇒

Два проводника (или система из двух металлических обкладок), расположенные на небольшом расстоянии одни от другого, разделенные слоем диэлектрика, образуют конденсатор, емкость которого зависит от формы и размеров конденсатора и от диэлектрической проницаемости среды. Емкость плоского конденсатора без учета краевого эффекта определяется уравнением: где ε₀ – диэлектрическая постоянная; ε _r – относительная диэлектрическая проницаемость среды, находящейся между пластинами; S – площадь пластин; d – расстояние между ними.Емкостным преобразователем перемещений называется устройство для преобразования малых линейных перемещений в электрический сигнал и представляющее собой плоский или цилиндрический конденсатор, одна из обкладок которого подвижна и воспринимает изменение размера. При этом меняется либо зазор между обкладками (рис. а, в), либо площадь их взаимного перекрытия (рис. б).

Изменения емкости для схем а, в происходит на основании зависимости: Схема в иллюстрирует дифференциальный емкостной датчик: при перемещении подвижной обкладки емкость одного конденсатора увеличивается, а другого уменьшается на одну величину.Для схемы б (цилиндрический конденсатор) емкость изменяется по формуле: [пФ], где Δ l – перемещение (изменение длины); D, d – диаметры обкладок.

В качестве примера рассмотрим дифференциальный емкостной преобразователь уровня.

Датчик состоит из двух плоских конденсаторов: С ₀ – с постоянной емкостью и С_x – емкость которого зависит от уровня электропроводящей жидкости h_x, которая служит вторым электродом конденсатора С_x. Конденсаторы С ₀, С_x включены в мостовую схему, в диагонали которой установлен усилитель. При равновесном мосте (С ₀ = С_x) сигнал в диагонали отсутствует. При изменении уровня h_x С_x изменяется, мост разбалансируется, сигнал разбаланса усиливается усилителем и передается на двигатель 3, который перемещает преобразователь до восстановления равновесия моста. Одновременно фиксируется уровень h_x. Емкостные датчики, работающие по изменению ε, используются для измерения концентраций и состава веществ (при полном заполнении зазора) и для измерения толщины изоляционных материалов (при частичном заполнении зазора). При этом используется соотношение: Так измеряют влагосодержание веществ (электропроводность воды больше, чем воздуха), содержание воздуха в пенопластах, уровень жидкостей. Емкостный принцип используется при измерении шероховатости поверхностей с помощью емкостных профилометров. Здесь емкость определяется средним зазором между пластиной датчика и микронеровностями рельефа. Емкостные датчики используются также при измерении ряда физических величин, вызывающих малые перемещения: давлений, сил, деформации.

172. Физические основы действия элементов Холла и магниторезисторов. Использование в измерительной технике. Если в Ме пластину через к-рую течет ток поместить в магнитное поле с вектором индукции перпендикулярно плоскости пластины, то на боковых сторонах, в направлении перпендикулярном векторам Е и I возникает разность потенциалов – ЭДС Холла. Одновременно с эф. Холла возник магниторезистивный эффект – ээ Гаусса, к-рый заключается в увеличении сопротивления такой пластины. Измененяя материал и конструкцию преобразователя можно усилить один эф и ослабить др., получая соответственно или элемент Холла или магниторезисторы. В основе обоих эф лежит действие силы Лоренца на движущиеся носители заряда со стороны магнитного поля. Магниторезисторы - исп в качестве датчиков перемещения и конечных выключений, элементы Холла – датчики поворота. Эффект Холла исп д/обнаружения дефектов в материале и измерения их толщины.

173. Физические основы пьезоэлектрического эффекта. Примеры использования измерительных пьезопреобразователей. Пьезоэффект – в-во некоторых кристаллов (кварц, искусственная пьезокерамика, титанатнатрия) накапливать на своих гранях электрические заряды при деформации. Направление электрического поля зависит от направления деформации (сжатие, растяжение). В отсутствие деформации кристалл симметричен, и умма проекции векторов поляризации = 0 () При сжатии в продольном направлении симметрия нарушается и сумма проекций векторов: , что вызывает появление зарядов на деформированных гранях. Это продольный пьезоэффект. При деформации кристалла вдоль поперечной оси заряды образуются на гранях перпендикуляно нагружаемым – поперечный пьезоэф. Пьезоэф исп д/контроля динамических сил и давлений (например пьезоэлектрический динамометр), д/измерения параметров вибрации (например пьезоэлектрический виброэлектрометр).

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте