Емкостные преобразователи

Емкостным называется преобразователь в виде конденсатора, емкость которо­го зависит от измеряемой неэлектрической величины. Наибольшее распространение получили преобразователи с плоскостными и цилиндрическими электродами (рис. 3.5). Статические характеристики имеют вид:

(3.3)

где ε₀ - электрическая постоянная; ε_г - относительная диэлектрическая проницаемость среды между электродами; S - эффективная площадь взаимодействия обкладок; d - расстояние между ними; h - длина цилиндрической поверхности; R₁ - внутренний радиус внешнего цилиндра; R₂ - внешний радиус внутреннего цилиндра. Емкостные преобразователи используются для измерения свойств материалов, а также для измерения перемещений. Поскольку в преоб­разователях с плоскостными электродами С_х линейно зависит от ε_г и S, но нелинейно от d, то их диапазон преобразования обычно не превышает нескольких процентов начального значения d (чтобы работать на квазилинейном участке функции преобразования). Расширить диапазон преобразования можно путем использования дифференциального преобразователя (рис. 3.6), в котором верхний и нижний электроды неподвижны, а средний может перемещаться, реагируя на соответствующее изменение измеряемой неэлектрической величины. Очевидно, что приращения выходных емкостейтакого преобразователя имеют противоположные знаки.

Это эффективно используется путем включения С₁ и С₂ в смежные плечи моста переменного тока, в результате чего существенно возрастает чувствительность измерительной схемы и уменьшается нелинейность статической характеристики. Начальная емкость емкостных преобразователей 10-100 пф. Основная погрешнось 1-3%.

Рис. 3.5. Емкостные преобразователи с плоскостными (а) и цилиндрическими (б) электродами

Рис. 3.6. Дифференциальный емкостной преобразователь

Пьезоэлектрическим называется преобразователь, использующий прямой пье­зоэлектрический эффект, который заключается в электрической поляризации неко­торых диэлектриков при механическом напряжении в их кристаллах. Наиболее из­вестный пьезоэлектрический кристалл - кварц (SiO). Особенностью пьезоэффекта является знакочувствительность. Пьезоэлектрические преобразователи нельзя использовать для преобразования статических входных величин, поскольку из-за конечности входного сопротивления нагрузки генерируемый заряд постепенно стекает с поверхности преобразователей. Пьезопреобразователи позволяют измерять механические величины, меняющиеся с частотой 7-10 кГц. Погрешности - 3-4%.