Реферат: Определение линейных и угловых перемещений параметрическими измерительными преобразователями

Содержание

Стр.

I.Введение ………………………………………………………………………….2

II.Общая часть…………………………………………………………………….8

III. Устройство и принцип работы измерительных преобразователей Физические основы егоработы……………………….11

1. Реостатные преобразователи…………………………………………………….11

2.Индуктивные преобразователи ………………………………………………….13

3.Емкостные преобразователи …………………………………………………….17

IV.Применениеизмерительного преобразователя в системах

автоматическогоконтроля или регулирования……………………………19

Системыавтоматического контроля ………………………………………………19

V. Конкретная структурная схема САР ……………………………………..22

ХарактеристикиСАР………………………………………………………………..22

VI. Описание работы выбранной САР………………………………………23

VII. Характеристики выбранной САР……………………………………….24

VIII. Выводы………………………………………………………………………25

Литература…………………………………………………………………………26

I.Введение

Комплексная автоматизация производства и измеренийсвязана с получением данных о значении различных физических величин,характеризующих состояние объекта управления (исследования), — механических,тепловых, химических, оптических и других величин, которые принято называтьнеэлектрическими.

Существует ряд способов измерения неэлектрическихвеличин, различающихся по виду энергии сигнала измерительной информации.

<img src="/cache/referats/8751/image002.jpg" v:shapes="_x0000_s1026">Однако мы опишем толькоэлектрический способ измерения, так как это наиболее широко распространенныйспособ измерения. Он имеет ряд достоинств, которые способствовали ему широкоераспространение, а именно точность, удобство в эксплуатации измерительных приборов,легкость в исполнении (проектировании, производстве) измерительных приборов,хорошо изученный математический материал, компактность измерительных приборов,возможность сопряжения с вычислительной машиной.

Рис.1.1Структураустройства для измеренияне электрических величин.

Упрощеннаяструктурная схема приведена на рис 1.1, где 1. ПП — первичный измерительный преобразователь

2.ИЦ — измерительная цепь

3.ОУ — отчетное устройство, в качестве которого используют

электроизмерительныйпоказывающий прибор. В отдельных случаях результат измерения представляется вцифровой форме (кодируется).

Размещенный непосредственно на объекте ППпреобразует неэлектрическую величину Х в электрическую величину У. Крометермина «первичный преобразователь» для обозначения элемента,преобразующего неэлектрическую величину в электрическую, применяют термин«датчик неэлектрической величины” или просто „датчик“.

К первичным преобразователям (ПП) предъявляюттребования воспроизводимости и однозначности характеристики преобразования У=F(Х),стабильности во времени характеристики преобразователя, минимального обратногодействия преобразователя на исследуемый объект, точности быстродействия и др.

Первичные измерительные преобразователи оченьразнообразны по принципу действия, устройству, виду энергии входного сигнала,метрологическим и эксплуатационным характеристикам.

Целесообразно классифицировать их по физическойприроде явлений, лежащих в основе их работы, с учетом вида преобразуемойэнергии. По указанным признакам первичные преобразователи можно подразделитьна:

1.механические резистивные (контактные, реостатные, тензометрические)

2.электростатические (емкостные, пьезоэлектрические)

3.электромагнитные (индуктивные, индукционные, магнитоупругие)

4.теплоэлектрические (термоэлектрические, терморезистивные)

5.электрохимические (резистивные элктролитичекие, кулонометрические, химотронные)

6.оптико-электрические

7.гальванокинетические

8.Атомные (ионизационного излучения, квантовые)

Только одно перечисление групп первичныхпреобразователей неэлектрических величин свидетельствует о том, сколь широккруг вопросов, относящихся к измерению неэлектрических величин, и как важноунифицировать методы и средства их измерений.

На вход первичного преобразователя кроме входнойвеличины Х действуют и другие параметры объекта и окружающей среды. В этихусловиях первичный преобразователь должен избирательно реагировать только назначение входной величины и не реагировать на влияние всех остальных факторов.Задача подавления чувствительности первичного преобразователя к влияющимвеличинам относится к важным задачам, решаемым конструктивными и схемнымиметодами.

Рис.1.2. Чувствительныеэлементы дифференциальных датчиков:

а —резистивпого; б — индуктивного

Если изменение неэлектрической величины приводит кизменению пассивного параметра ПП — сопротивления, емкости, индуктивности иливзаимной индуктивности, то ПП называются параметрическими, а если кгенерированию активной величины (ЭДС тока), то генераторными.

Особенно широко применяются дифференциальные ПП.Чувствительные элементы (ЧЭ) таких первичных преобразователей показаны нарис1.2.

При воздействии измеряемой величины Х на ЧЭ дифференциального ПП на выходеего формируются два сигнала, направленных навстречу друг другу. Разность этихсигналов поступает в измерительный канал, состоящий из преобразователей иизмерительного прибора. Например, ЧЭ индуктивного дифференциального первичногопреобразователя (рис.1.2, б) состоит из двух одинаковых неподвижных сердечниковс обмотками и одного общего якоря, при перемещении которого на расстояние Х изменяются индуктивности L1 иL2обмоток. В зависимости от направления перемещения одна из индуктивностейувеличивается, а другая уменьшается.

Аналогично устроены резистивные, емкостные и другиедифференциальные первичные преобразователи. Аддитивная составляющая погрешностипреобразования дифференциальных первичных преобразователей существенно меньше,чем у недифференциальных, так как погрешности, вызванные влияющими величинами,взаимно компенсируются, а реакция на изменение неэлектрической величины гораздосильнее.

Выходной сигнал первичного преобразователя Упоступает в канал преобразования измерительной информации, структурные схемыкоторого зависит от типа первичного преобразователя, его выходной мощности, атакже от требований к точности и быстродействию измерительного устройства.

Рис1.3. Измерительные цепиприборов для измерения неэлектрических величин с параметрическими датчиками

Измерительные цепи И Ц(см.рис:1.2) могут строиться по структурнымсхемам прямого и уравновешивающего преобразователя.

Измерительные цепи (ИЦ) прямогопреобразования, в свою очередь, делятся на работающие с генераторными ипараметрическими первичными преобразователями.

Основным принципом построенияИЦ прямого преобразования с генераторными ПП является принцип согласованиявыходных и входных сопротивлений последовательно включенных преобразователей,обеспечивающий минимальные потери измерительной информации в каналепреобразования.

С параметрическими ПП используются три видаизмерительных цепей прямого преобразования (рис1.3): цепи последовательноговключения (а), цепи в виде делителей (б) и цепи в виде небалансных(неравновесных) мостов (е).

Измерительные цепи последовательного включения и ввиде делителей отличаются общим недостатком — наличием выходного сигнала (Y=1) приотсутствии входного (Х=0).

В неравновесных мостах этот недостаток устранен.Кроме того, ИЦ на основе небалансных мостов имеют больше возможностей, так какпараметрические первичные преобразователи могут быть включены в одно, два иливсе четыре плеча моста, что соответствует увеличению выходной мощности ИЦ, т.е. повышению ее чувствительности.

Чувствительность S всего измерительного устройствапрямого преобразователя, состоящего из последовательного ряда измерительныхпреобразователей, определяется по формуле

S=S1S2S3…Sn (1.1)

гдеS1, S2, Sз… Sn — чувствительностипреобразователей, образующих канал передачи информации.

Каждый преобразователь имеет свою погрешность, и,очевидно, максимальная погрешность всего измерительного устройства,построенного по методу прямого преобразования, окажется равной суммепогрешностей отдельных преобразователей. Поэтому, несмотря на простоту ибыстродействие приборов, построенных по методу прямого преобразования, дляточных измерений неэлектрических величин применяют метод уравновешивания.

В этом случае чувствительность измерительногоустройства (ИУ) определяется формулой

S=k/(1+Kβ) (1.2)

где К—коэффициентпередачи цепи прямого преобразования; β—коэффициент передачи цепи обратного преобразования.

При выполнении условия Кβ>>1 погрешность ИУ будет определяться толькопогрешностью цепи обратного преобразования.

Значения выходных величин большинства первичныхпреобразователей — термопар, терморезисторов, ионизационных преобразователей,газоанализаторов и других незначительны и находятся обычно в диапазоне 10-6— 10-2 В и 10-10 —10-5 А. без предварительного усиления столь малыенапряжения и токи невозможно ни измерить показывающими электроизмерительнымиприборами, ни передать по линиям связи без существенных погрешностей. Поэтомуодной из задач современной измерительной техники является усиление с высокойточностью и функциональное преобразование малых напряжений и токов.

В связи с развитием операционных интегральныхусилителей для параметрических преобразователей начали широко применятьсямостовые цепи с автоматическим уравновешиванием.

Схема моста следящего уравновешивания со статическойхарактеристикой приведена на рис. 1.4. Здесь R1— медный терморезистор,предназначенный для измерения температуры, а остальные плечи моста образованырезисторами R2R4 и Rз+Rm.

Рис.1.4. Схема моста состатическим следящим уравновешиванием

Пусть при измеряемой температуре 0=0 сопротивлениеR.1 = Rз + RMи

R2= R4, тогда напряжение надиагонали Uав, подаваемое на входусилителя, также равно нулю и ток указателя Iуk=0. При возрастании и сопротивления R1

усилительбудет давать на выходе такой ток Iyk, чтобы падение напряжения на резисторе Rмуравновешивало приростнапряжения на резисторе R1.Таким образом, мост будет оставаться в равновесии и шкала прибора будет линейнапри приращениях ΔR1а сопротивление Rм определит масштаб соотношения междуΔR1 и Iyk. Измерительные цепиуравновешивающего преобразования с компенсацией измеряемых неэлектрическихвеличин применяются часто для измерения механических усилий, крутящих моментов,магнитных величин и др.

Первичные преобразователи спомощью соединительных проводов могут быть удалены от ИЦ на некотороерасстояние. В этом случае на результат измерения могут оказывать влияниевариация значений сопротивлений соединительных проводов при изменениитемпературы окружающей среды и паразитные ЭДС, возникающие от действия внешнихэлектромагнитных полей.

Погрешность, вносимая соединительной линией (каналомсвязи), должна рассматриваться как составляющая методической погрешности,входящей в суммарную погрешность измерений неэлектрической величины. Точностьрезультата такого измерения может быть оценена приближенной максимальнойпогрешностью по формуле:

|δmax|=|δпп|+|δиц|+|δеr|+|δм| (1.3)

где δmax—предел допускаемой относительной погрешности измерения неэлектрическойвеличины; δпп— максимальное значение относительной погрешности первичного преобразователя;δиц— относительная погрешность измерительной цепи; δеr—относительная погрешность измерения выходногопоказывающего прибора; δм —методическая погрешность.

II.Общая часть

1. Характеристикиизмерительных преобразователей неэлектрических величин.

Зависимость выходной величины измерительногопреобразователя у от входной х выражается уравнением преобразования у =f(х)Уравнение преобразования (функцию преобразования) обычно приходится находитьэкспериментально, т. е. прибегать к градуировке преобразователей. Результатыградуировки выражаются в виде таблиц, графиков или аналитически.

Часто у преобразователей выходной сигнал у зависит не только от входнойизмеряемой величины х, но и отвнешнего фактора Z ,т. е. функцияпреобразования в общем виде,y=f(х, Z).

В этом случае при градуировке определяется рядфункций преобразования при разных значениях Z.

Знание функций преобразования при разных значенияхвлияющего фактора позволяет тем или иным способом (введением поправки,автоматической коррекцией) учесть влияние внешнего фактора. Например,электрическая проводимость крастворов электролитов зависит от концентрации С и температуры t.Поэтому при использовании зависимости к =f(С)для определенияконцентрации нужно либо поддерживать температуру раствора постоянной, либовводить поправки (расчетным путем или автоматически), зная влияние температурына эту зависимость.

При оценке и сравнении измерительныхпреобразователей необходимо учитывать следующие их основные свойства.

1. Воспроизводимость функции преобразования.Возможность изготовлять преобразователи с заранее предусмотреннымихарактеристиками является необходимым условием выпуска взаимозаменяемыхпреобразователей.

2. Постоянство во времени функции преобразования.При изменении с течением времени функции преобразования приходится повторятьградуировку, что крайне нежелательно, а в некоторых случаях невозможно (например,преобразователь работает в недоступном месте).

3. Вид функции преобразования. Обычно наиболеежелателен линейный вид зависимости y=f/(х),что облегчает унификацию выходного сигнала преобразователей с цельюиспользования их с цифровыми измерительными приборами, измерительнымиинформационными системами и вычислительными машинами.

4. Важными характеристиками преобразователя являютсяего погрешности и чувствительность.

Основная погрешность преобразователя может бытьобусловлена принципом действия, несовершенством конструкции и технологии

изготовленияи проявляется она при номинальных значениях внешних факторов.

Основнаяпогрешность рассматриваемого отдельно преобразователя может складываться изнекоторых составляющих: погрешности, обусловленной неточностью образцовыхприборов и мер, с помощью которых производилась градуировка; погрешности засчет приближенного выражения (табличным, графическим, аналитическим способом)функции преобразования; погрешности, обусловленной неполным совпадением функцийпреобразования при возрастании и убывании измеряемой величины (гистерезисфункции преобразования);

погрешностиот неполной воспроизводимости характеристик преобразователя (например,чувствительности). Последняя погрешность исключается при индивидуальнойградуировке. На практике все составляющие проявляются в виде одной основнойпогрешности.

Дополнительные погрешности преобразователя,обусловливаемые принципом его действия, несовершенством конструкции итехнологии изготовления, проявляются при отклонении влияющих величин от ихноминальных значений.

Рассмотренные выше погрешности определяются принеизменных во времени измеряемых величинах и носят название статических

<img src="/cache/referats/8751/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1027">5. Обратное воздействиепреобразователя на измеряемую величину. Преобразователи оказывают обратное влияниена измеряемую величину, искажая ее и вызывая тем самым изменение выходногосигнала.

Рис. 1.5. Электрический

термоанемометр

Пояснить это можно на примере термоанемометра(рис.1.5), который представляет собой термочувствительный резистор R,нагреваемый электрическим током и помещаемый на пути потока газа или жидкости,скорость которого измеряется. Изменение скорости потока вызывает изменениеусловий теплообмена терморезистора со средой, изменение его температуры исопротивления. Измеряя сопротивление резистора тем или иным способом, можносудить о скорости потока. Но очевидно, что терморезистор, помещенный на путипотока, изменяет скорость его, и в этом проявляется обратное влияниепреобразователя на измеряемую величину. Обратное влияние на практике учестьтрудно, а поэтому стараются его сделать минимальным.

6. Динамические свойства преобразователя. Приизменении входной величины в преобразователе возникает переходный процесс,характер которого зависит от наличия в преобразователе элементов, запасающихэнергию (двигающиеся детали, электрические конденсаторы, катушки индуктивности,детали, обладающие теплоемкостью и т. д.).

Переходный процесс проявляется в виде инерции —запаздывания реакции преобразователя на изменение входной величины. Например, припогружении

термопарыв среду, температура которой измеряется, термо-э. д. с. на выходе термопарыустановится в соответствии с измеряемой температурой только по истечениинекоторого промежутка времени.

При измерении быстро изменяющихся величин преобразовательработает в нестационарном режиме, а поэтому при оценке качествапреобразователей необходимо учитывать их динамические характеристики, которые взначительной мере определяют точность измерения.

Динамическиесвойства преобразователя в соответствии с ГОСТ 8.256—77 могут бытьохарактеризованы полными и частными динамическими характеристиками.

Обычно от преобразователя требуется, чтобы он вносилминимальное запаздывание в процесс преобразования.

Кроме рассмотренных свойств, при оценкепреобразователей учитываются также и другие показатели качества их работы;влияние внешних факторов (температуры, давления, вибрации и т. д.),взрывобезопасность, устойчивость к механическим, тепловым, электрическим идругим перегрузкам, удобство монта/ка и обслуживания, габариты, масса, удобствоградуировки, стоимость изготовления и эксплуатации, надежность и т. д.

Для удобства изучения измерительные преобразователиклассифицируют по принципу их действия, т, е. по тому явлению, котороеиспользуется для преобразования неэлектрической величины в электрическую.Преобразователей, отличающихся принципом действия, очень много. Ниже будутрассмотрены только наиболее часто применяемые преобразователи.

III.Устройство и принцип работы измерительных преобразователей Физические основыего работы

Для измерения линейных и угловых премещений служатреостатные преобразователи, емкостные преобразователи, индуктивныепреобразователи.

Опишем каждый тип преобразователей в отдельности.

1. Реостатные преобразователи.

Реостатные преобразователи основаны на измененииэлектрического сопротивления проводника под влиянием входной величины —перемещения. Реостатный преобразователь, как показывает само название,представляет собой в простейшем случае реостат, щетка (движок) которогоперемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины. На рис. 1.6.схематически показаны некоторые варианты конструкций реостатныхпреобразователей для углового (рис. 1.6.а) и линейного (рис. 1.6. в)перемещений. Преобразователь состоит из обмотки, нанесенной на каркас, и щетки.Форма каркаса зависит от характера измеряемого перемещения (линейное, угловое),от вида функций преобразования (линейная, нелинейная) и других факторов и можетиметь вид цилиндра, тора, призмы и т. д. Для изготовления каркасов применяютсядиэлектрики (гетинакс, пластмасса, керамика) и металлы (дюралюминий санодированной поверхностью).

Проволока для обмотки выполняется из сплавов (сплавплатины с иридием (5—30%), константан, нихром и фехраль). Для обмоткипреобразователя обычно используется изолированный эмалью или оксидной пленкойпровод После изготовления обмотки изоляция провода счищается в местахсоприкосновения его со щеткой.

Щетка преобразователя выполняется либо из проволок,либо из плоских пружинящих полосок, причем используются как чистые

Рис.1.6. Реостатныепреобразователи для угловых (а), линейных, (б)

перемещений и дляфункционального преобразования линейных

перемещений (в)

металлы (платина, серебро), так и сплавы (платина сиридием, фосфористая бронза, медно-серебряные сплавы и т. д.). Качествоконтакта щетки и обмотки определяется контактным давлением, которой выбираетсяв широких пределах от десятых долейграмма до сотых граммов в зависимости от материалов контакта и обмотки иусловий работы преобразователя.

Габариты преобразователя определяются значениемизмеряемого перемещения, сопротивлением обмотки и мощностью, выделяемой вобмотке.

Для получения нелинейной функции преобразованияприменяются функциональные реостатные преобразователи. Нужный характер функции преобразованияочень часто достигается профилированием каркаса преобразователя (рис.1.6.в).

В рассматриваемых реостатных преобразователяхзависимости изменения сопротивления от перемещения щетки имеет ступенчатыйхарактер, так как сопротивление изменяется скачками на значении сопротивленияодного витка. Это вызывает погрешность преобразования. Максимальная приведеннаяпогрешность при этом у = ΔR/R,где ΔR—максимальное сопротивлениеодного витка R — полное сопротивлениепреобразователя.

Иногдаприменяются реохордные преобразователи, в которых щетка скользит вдоль осипроволоки. В этих преобразователях от сутствует указанная выше погрешность.

Выходной параметр реостатных преобразователей —сопротивление — измеряется обычно с помощью мостовой схемы.

К достоинствам преобразователей относитсявозможность получения высокой точности, значительных по уровню выходныхсигналов и относительная простота конструкции. Недостатки — наличие скользящегоконтакта, необходимость относительно больших перемещений движка, а иногда изначительного усилия для его перемещения.

Применяются реостатные преобразователи дляпреобразования сравнительно больших перемещений (угловых, линейных).

2. Индуктивныепреобразователи

Принцип действия преобразователей основан назависимости индуктивности или взаимной индуктивности обмоток на магнитопроводеот положения, геометрических размеров и магнитного состояния элементов ихмагнитной цепи.

Индуктивность обмотки, расположенной намагнитопроводе (рис.1.7.)

Li=w²i/ZM

где ZM—магнитное сопротивление магнитопровода; wi—число витков обмотки.

Взаимная индуктивность двух обмоток, расположенныхна том же магнитоироводе,

М=w1w2/ZM

гдеw1иw2 —число витков первой и второй обмоток. Магнитное сопротивление определяетсявыражением

Li=w²i/ZM

Где — активнаясоставляющая магнитного сопротивления

(рассеиваниеммагнитного потока пренебрегаем);

li, si, μi—соответственно длина,площадь поперечного сечения и относительная магнитная проницаемость i-гоучастка магнитопровода;

μ0—магнитная постоянная;δ — длина воздушного зазора; s—площадь поперечногосечения воздушного участка магнитопровода;

XM=P/(wФ²) — реактивнаясоставляющая магнитного сопротивления, Р потерив магнитопроводе, обусловленные вихревыми токами и

гистерезисом;w— угловая частота; Ф —магнитный поток в магнитопроводе.

Рис. 1.7

Приведенные соотношения показывают, чтоиндуктивность и взаимную индуктивность можно изменять, например, воздейств яна длину 8, сечение воздушного участка магнитопровода а, на потери в магнитопроводе и другими путями.

Этого можно достичь, например, перемещениемподвижного сердечника (якоря) 1 (рис. 1.7) относительно неподвижного 2,введением немагнитной металлической пластины 3 в воздушный зазор и т. д.

На (рис. 1.8) схематически показаны различные типыиндуктивных преобразователей.

Индуктивный преобразователь (рис. 1.8, а) спеременной длиной воздушного зазора 5 характеризуется нелинейной зависимостью L=f(δ). Такой преобразователь обычно применяется при перемещениях якоря нарасстояние 0,01—5 мм. Значительно меньшей чувствительностью, но линейнойзависимостью L=f(s)отличаются преобразователис переменным сечением воздушного зазора (рис. 1.8 б). Эти преобразователи используются приперемещениях якоря до 10—15 мм.

Якорьв индуктивном преобразователе испытывает усилие притяжения со стороныэлектромагнита, которое определяется производной от энергии магнитного поля поперемещению якоря:

где WM— энергия магнитного поля; L—индуктивность преобразователя; I — ток, проходящий через обмотку преобразователя.

Широко распространены индуктивные дифференциальныепреобразователи (рис.1.8, е), в которых под воздействием измеряемой

Рис.1.8.Индуктивныепреобразователи с изменяющейся длиной зазора (а), с изменяющимся сечениемзазора (б), дифференциальным (в), дифференциальный трансформаторный (г),дифференциальный трансформаторный с разомкнутой магнитной цепью (д) имагнитоупругий (е)

величиныодновременно и притом с разными знаками изменяются два зазора двухэлектромагнитов. Дифференциальные преобразователи в сочетании с соответствующей схемой (обычно мостовой)имеют более высокою чувствительность, чем обычные преобразователи, даютвозможность уменьшить нелинейность функции преобразования, испытывают меньшее влияниевнешних факторов. В этих преобразователях результирующее усилие на якорь состороны электромагнитов меньше, чем в недифференциальных.

Применяются также индуктивные дифференциальныепреобразователи трансформаторного типа (рис.1.8, г), в которых две секциипервичной обмотки включены согласно, а две секции вторичной обмотки—встречно.При питании первичной обмотки переменным током и при симметричном положенииякоря относительно электромагнитов э. д. с. на выходных зажимах равна пулю. Приперемещении якоря возникает сигнал на выходных зажимах.

Для преобразования сравнительно больших перемещений(до 50—100 мм) применяются индуктивные преобразователи с незамкнутой магнитнойцепью. На

(Рис.1.8.

d)схематически показано устройство дифференциальноготрансформаторного индуктивного преобразователя с незамкнутой магнитной цепью,используемого для передачи показаний различных неэлектрических приборов(манометров, дифференциальных манометров).

Если ферромагнитный сердечник преобразователяподвергать механическому воздействию F,то вследствие изменения магнитной проницаемости материала сердечника μ.изменится магнитное сопротивление цепи, что повлечет за собой изменениеиндуктивности L и взаимнойиндуктивности М обмоток. На этомпринципе основаны магнитоупругие преобразователи (рис18).

Конструкция преобразователя определяется главнымобразом значением измеряемого перемещения. Габариты преобразователя выбирают,исходя из необходимой мощности выходного сигнала и других техническихтребований.

Для измерения выходного параметра индуктивныхпреобразователей наибольшее применение получили мостовые схемы (равновесные инеравновесные), а также компенсационная схема (в автоматических приборах) длядифференциальных трансформаторных преобразователей.

Индуктивные преобразователи используются дляпреобразования перемещения и других неэлектрических величин, которые могут бытьпреобразованы в перемещение (усилие, давление, момент и т. д.).

По сравнению с другими преобразователями перемещенияиндуктивные преобразователи отличаются значительными по мощности выходнымисигналами. простотой и надежностью в работе.

Недостатком их является наличие обратноговоздействия преобразователя на измеряемый объект (воздействие электромагнита наякорь) и влияние инерции якоря на частотную характеристику прибора.

3. Емкостныепреобразователи.

Емкостные преобразователи основаны на зависимостиэлектрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения егообкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.

Длядвухобкладочного плоского конденсатора электрическая емкость

где ео—диэлектрическаяпостоянная; в — относительная диэлектрическая проницаемость среды междуобкладками; в—активная площадь обкладок; 5— расстояние между обкладками.

Из выражения для емкости видно, что преобразовательможет быть построен с использованием зависимостей С =f1(ε), С =f2(s), С=f3(δ).

На рис. 1.9схематически показано устройство различных емкостные преобразователей.Преобразователи на рис. 1.9, апредставляют собой конденсатор, одна пластина которого перемещается поддействием измеряемой величины хотносительно неподвижной пластины. Изменение расстояния между пластинами 5ведет к изменению емкости преобразователя.

Функция преобразования С = f3(δ) нелинейная. Чувствительностьпреобразователя резко возрастает с уменьшением расстояния δ, поэтому целесообразноуменьшать начальное расстояние между пластинами. При выборе начальногорасстояния между пластинами необходимо учитывать пробивное напряжение воздуха(10 кВ/см для воздуха).

Рис.1.9. Емкостные преобразователи сизменяющимся расстоянием между пластинами (а), дифференциальный (б),дифференциальный с переменной активной площадью пластин (б) и с изменяющейсядиэлектрической проницаемостью среды между пластинами (г)

Такие преобразователи используются для измерениямалых перемещений (менее 1 мм).

Малое рабочее перемещение пластин приводит кпоявлению погрешности от изменения расстояния между пластинами при колебанияхтемпературы. Соответствующим выбором размеров деталей преобразователя иматериалов эту погрешность можно значительно снизить.

В емкостных преобразователях возникает усилиепритяжения между пластинами, определяемое производной от энергии электрическогополя и^ по пепемешению подвижной пластины.

где Uи С —соответственно напряжение иемкость между пластинами.

Применяются дифферинциальные преобразователи (рис

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Расчет показателей эффективности радиосвязи

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Справочник Абонента (сотового телефона)

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Автоматизированный электропривод механизма перемещения стола продольно-строгального станка

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Исследование помехоустойчивого канала передачи данных методом имитационного моделирования на ЭВМ

29 Августа 2013