7. ЕМКОСТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Принцип действия емкостных преобразователей состоит в преобразовании линейных или угловых перемещений в изменения емкости конденсатора. Для включения и определения изменения емкости применяют резонансные, мостовые схемы и схемы на биениях. Емкостные преобразователи имеют непрерывные статические характеристики. Емкость С плоского конденсатора определяется по следующей формуле:

где — диэлектрическая постоянная;

— площадь перекрытия пластин в

— расстояние между пластинами в см.

Из формулы (XVI.50) видно, что на емкость конденсатора можно влиять изменением расстояния между пластинами площади

перекрытия пластин или диэлектрической постоянной е. Для преобразования линейных и угловых перемещений применяют преобразователи с изменяемым расстоянием между пластинами и с изменяемой площадью перекрытия пластин.

На рис. XVI.50, а показана схема преобразователя с двумя пластинами, представляющего собой плоский конденсатор с переменным зазором. Конденсатор включается в качестве пассивного элемента в электрическую схему, питаемую переменным током. Выходной величиной является напряжение, снимаемое с переменного емкостного сопротивления конденсатора

Рис. XVI.50. Схемы емкостных преобразователей: а — с двумя пластинами; б — дифференциальный

Рис. XVI.51. Схема емкостного преобразователя с изменяемой площадью перекрытия пластин

Часто емкостные датчики выполняют по дифференциальной схеме в виде трехпластинчатого конденсатора с подвижной промежуточной пластиной, как это показано на рис. XVI.50; Такой конденсатор обладает повышенной чувствительностью.

На рис. XVI.51 приведена схема, согласно которой преобразуемое перемещение приводится к изменению площади перекрытия пластин. В этом случае обеспечивается линейная зависимость между перемещением и изменением емкости. Емкостные преобразователи удобны для измерения и регистрации линейных колебаний и вибраций с большой частотой, причем, так как сила электростатического взаимодействия между пластинами очень мала, они находят широкое применение в тех случаях, когда недопустимы большие измерительные усилия.

В большинстве конструкций емкостных преобразователей частота питающего напряжения находится в пределах от 10 до

Применение высокой частоты усложняет схему, так как требует устранения влияния паразитных емкостей и уменьшает стабильность характеристики преобразователя. В связи с этим разработаны конструкции преобразователей с изменением площади перекрытия пластин конденсаторов, работающие на частоте 500 гц. В них для увеличения активного сопротивления утечкам подвижный электрод измерительного, конденсатора соединен непосредственно с сеткой первой лампы усилителя. Для этой цели использована малогабаритная электронная лампа, работающая в режиме с незначительным сеточным током. Это позволило применить на выходе усилителя двухфазный индукционный электродвигатель самобалансирующегося моста. Конструкция такого преобразователя приведена на рис. XVI.52.

В стальном корпусе 12 установлена изолирующая втулка И с запрессованными в нее электродами 10 конденсатора. Втулка 11 закреплена с торца гайкой 7. Электроды 10 конденсатора неподвижны. На вторую изолирующую втулку 8 насажены стальной колпачок 13, электрод 4 и стальное кольцо 9. Они образуют подвижный узел, перемещающийся на шариках по внутренней поверхности корпуса 12. Электрод 4 является подвижным. Между неподвижными электродами 10 и подвижным электродом 4 сохраняется постоянный зазор, равный 0,15 мм. Снизу в корпус ввинчена втулка 1, в которой перемещается измерительный стержень 2 с завальцованным шариком 14. К этому шарику пружиной 5 прижат подвижный узел. При смещении измерительного стержня смещается подвижный узел, в результате чего изменяется положение электрода 4 относительно электродов 10, а следовательно, и величина поверхности их перекрытия, от которой зависит величина емкости.

Малогабаритная электронная лампа 3 закреплена на панеле 6. Лампа имеет выводы для ее включения в измерительную схему. Наружный диаметр датчика 22,5 мм, рабочий ход измерительного стержня 5 мм, измерительное усилие