Емкостными датчиками

Электрические свойства такого диэлектрика — диэлектрическая проницаемость и потери определяются в основном путем расчета с использованием силы тока, напряжения, сопротивления, емкости и частоты, которые измеряются путем непосредственного отсчета по прибору. Поэтому, на наш взгляд, является весьма целесообразным для измерения неэлектрических величин использовать емкость, определяемую с помощью емкостных преобразователей. Измерение плотности или содержания отдельных компонентов в стеклопластике с помощью емкостных преобразователей основано на изменении емкости преобразователя за счет изменения содержания связующего или стеклонаполнителя в стеклопластике. Однако следует отметить, что емкость преобразователя в значительной степени зависит от типа преобразователя, его геометрических размеров, диэлектрической проницаемости материала, используемой частоты переменного тока, температуры и других параметров. Поэтому при расчете и конструировании датчика, а также при составлении корреляционной связи между плотностью стеклопластика и емкостью датчика, необходимо все это учитывать.

Основные параметры механотрон-ных преобразователей перемещения приведены в статье Г. С. Берлина [10]. Что касается емкостных преобразователей, то следует сказать, что принцип действия их аналогичен индуктивным с той лишь разницей, что вместо якоря индуктивных катушек в этих преобразователях перемещается конденсаторная пластина, изменяющая емкость и реактивное сопроти-

Часто электростатические преобразователи конденсаторного типа применяют для исследования колебаний поверхности ОК или другого объекта. Конструкция и расчет таких емкостных преобразователей рассмотрены в [176]. Чувствительность разработанного преобразователя 100 В/мкм, диапазон частот 1 ... 70 МГц.

8.4.2. Измерительные цепи емкостных преобразователей ... 596

Принцип действия емкостных преобразователей основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними. Для определенных форм электродов конденсатора емкость без учета краевых эффектов рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 8.1.

Недостатком простых емкостных преобразователей является зависимость электрической емкости не только от размеров (Ж, но и от его положения по отношению к измерительному электроду, так что неточность при установке ОК вызовет ошибку в измерении. Этот недоста-

На практике выражения для расчета емкостей датчиков с учетом воздействия влияющих величин имеют более сложный вид. Однако приведенные выражения позволяют оценить область применения преобразователей в зависимости от того, какой из параметров (d, S, I, е) является информативным. Следует отметить, что первые три параметра определяются конструктивными особенностями емкостных преобразователей, а диэлектрическая проницаемость 8 характеризует физическое состояние ОК.

Для повышения точности расчетов емкостных преобразователей следует учитывать влияние краевого эффекта, который возникает из-за неоднородности электрического поля у краев обкладок. Для этого разбивают сложный по своей структуре неоднородный электрический поток у краев обкладки на более простые и различные по форме участки. Общая электрическая емкость преобразователя складывается из емкостей отдельных участков:

Габаритные размеры емкостных преобразователей определяются конструктивными соображениями. Но в любом случае нужно стремиться к увеличению электрической емкости преобразователя, так как это уменьшает его выходное сопротивление и облегчает требования, предъявляемые к изоляции измерительной цепи преобразователя. Для увеличения емкости преобразователя зазор между пластинами уменьшают насколько возможно по технологическим и конструктивным соображениям.

Следует отметить, что электрические емкости большинства емкостных преобразователей составляют 10 ... 100 пФ, при этом начальный зазор между обкладками может быть доведен до 5 ... 10 мкм, однако даже при таких зазорах их выходное сопротивление на высоких частотах велико (103... Ю50м).

Конструкция емкостных преобразователей зависит от ОК и, в первую очередь, от агрегатного состояния исследуемой среды (твердая, жидкая, газообразная). Наиболее сложную задачу представ-

Отсюда следует, что по изменению сопротивления ЛЯ можно определить деформацию е°. По сравнению с емкостными датчиками, используемыми в мерном стержне Девиса, датчики сопротивления имеют преимущество, а именно: с их помощью возможно непосредственное измерение деформации и отпадает необходимость в дифференцировании кривой и (t). Однако датчики сопротивления обладают следующими недостатками: конечная длина датчика ограничивает его разрешающую способность при быстро изменяющихся деформациях; датчик сопротивления измеряет деформацию на поверхности стержня. В последнее время при исследовании процесса распространения волн напряжений широко используются датчики, основанные на пьезоэлектрическом эффекте. В зависимости от конструкции пьезодатчиков можно получить высокие частоты собственных колебаний (до 60 кГц), что находится в соответствии с указанными требованиями. Датчик содержит чувствительный элемент (цилиндрический или кольцевой) из поляризованной пьезокерамики, инерционный груз и контактное устройство, соединяющее пьезоэлемент с регистрирующей аппаратурой. Пьезоэлемент датчика, как правило, изготовляется из титаната бария. Недостатком таких датчиков является непостоянство чувствительности, что требует тарировки каждого датчика отдельно. Как и датчик сопротивления, пьезодатчик измеряет среднее напряжение на площадке контакта, поэтому при проведении эксперимента, в котором спектр волн напряжений содержит компоненты высокой частоты, должна быть обеспечена высокая точность его выполнения. В отличие от датчиков сопротивления, которые позволяют производить измерения в одном направлении, датчики с титанатом бария одинаково чувствительны к напряжениям в направлении длины и радиальном направлении.

Анализ опубликованных данных показал, что для определения ТКЛР покрытий практически не применяются перспективные и достаточно точные дилатометры с фотоэлементам^ индуктивными и емкостными датчиками.

Акустический вариант теории откола [152] используется для установления зависимости напряжение — время в плоскости откола по регистрируемому экспериментально закону изменения скорости свободной поверхности с помощью различных методов, например электроконтактными [67] и емкостными датчиками, методом лазерной интерферометрии [106], фоторегистрации и др. Сложный характер поведения материала под нагрузкой,

Для схем с емкостными датчиками (например, е пьезоэлектрическими) подходят усилители с очень большим входным (омическим) сопротивлением; современные усилители заряда работают с емкостным входным сопротивлением. Сигнал нулевой частоты не может передаваться в принципе, учитывая способ реализации этого усилителя. Поэтому, как правило, не следует ожидать никаких трудностей с помехами постоянного тока.

1.Величину сближения поверхностей скольжения IB трех точках (сто трем углам)» Это осуществляется тремя емкостными датчиками (на рис. 1 показаны два), 'включенными в схемы ЧМ-индика-торов. Их масштабные коэффициенты, используемые при расшифровке осциллограмм

Прибор ПГЧМ-1 работал как с контактными, так и с бесконтактными емкостными датчиками. Использование бесконтактного метода измерения вибраций является чрезвычайно важным его преимуществом. На рис. 2 изображены схемы бесконтактного емкостного датчика, применяемого для исследования вибрации в процессе резания.

Прибор снабжен двумя емкостными датчиками 4, покрытыми фторопластом. Если уровень воды подойдет ко второму короткому датчику, то прибор через магнитный пускатель 2 выключит электродвигатель 3 насоса, и поступление воды в котел прекратится. Если уровень воды в барабане упадет так, что оголится поверхность первого длинного датчика 4, то прибор 1 даст команду на включение насоса.

камеры. Метод измерения технически сложен и требует создания измерительной аппаратуры высокой разрешающей способности в случае применения его для локального измерения влажности пара при низких давлениях. Однако метод практически безынерционен и позволяет регистрировать процессы с быстрым изменением влажности (вплоть до пролета крупных капель). Метод пригоден для использования в случаях траверсирования потока влажного пара за решетками турбин, так как зонды локальной влажности и преобразователи позволяют создать для этих целей компактное устройство. Электронная аппаратура может работать практически со всеми известными емкостными датчиками дифференциального типа, а потому универсальна по применению. Погрешность метода оценивается в ±1% измеряемой влажности. Градуировочные зависимости позволяют оценить диапазон измеряемых влажностей 0—20 %. Метод i неприменим в потоках малой скорости и больших влажностей из-за значительных ошибок, вносимых достаточно толстой пленкой на стенках камеры датчика. Целесообразный диапазон скоростей потока влажного пара составляет М=0,3-М. К недостаткам метода следует отнести сложность аппаратуры и зондов, а также необходимость корректировки нуля прибора с течением времени.

позволяют измерять средние значения и динамические составляющие давления в широком диапазоне с выводом информации на цифровое табло и печатающее устройство и записью динамических процессов на светолучевом осциллографе. Для измерений пульсаций давления корпус датчика давления (рис. 2.34, а) располагается в гнезде на стенке канала. Датчик жестко связан с преобразователем через коаксиальный ввод. Сигнал первичного преобразователя по кабелю длиной несколько метров передается на усилитель-ограничитель, далее на частотный детектор и усилитель. Имеется возможность с повышенной точностью измерять среднее давление цифровым частотомером (по калибровочным зависимостям), в цифровой форме регистрировать измеряемое среднее давление вольтметром и записывать динамические процессы до 5 кГц на светолучевом осциллографе. Чувствительность измерительного комплекса может быть увеличена, если использовать электронный осциллограф с дополнительным усилителем. Таким способом были зафиксированы пульсации давлений с амплитудой около 980 Па. Возможность работы со всеми емкостными датчиками делает этот комплекс универсальным по применению в практике эксперимента. Емкостный измерительный комплекс может быть использован для измерения толщин пленки (см. § 2.8), усилий (например, напряжений трения на поверхности), перемещений.

Радиотелеметрическая аппаратура РТА-ИП с емкостными датчиками. Экспериментальная радиотелеметрическая аппаратура с емкостными датчиками МАИ предназначена для измерений относительных прогибов телескопических валов и других вращающихся частей турбомашин.

в зависимости от диапазона измеряемых давлений. На расстоянии 0,2 — 0,3 мм от мембраны внутри стакана устанавливается цилиндрическая металлическая пластина 2, укрепленная на изоляционной втулке 3, притертой к внутренней поверхности стакана. На пластину наклеивается тонкий листок слюды 4, которая улучшает качество датчика. Точность измерений емкостными датчиками достигает 1 — 2% от измеряемого максимального давления. Емкостные датчики просты по конструкции и обладают малой инерционностью.

Схема прибора приведена на рис. 137. Прибор состоит из базовой плиты /, верхней съемной плиты 2 и подвижной консоли 9 с емкостными датчиками, закрепленной на стойке 8. Исследуемый материал деформируется между вращающимся конусом 18 и «неподвижным» диском 17. Привод реогониометра состоит из синхронного электродвигателя (п = 3000 об/мин), 12-ступенчатой коробки передач и поводковой муфты, сцепляющейся с ведомым валом после разгона электродвигателя. Усилия, возникающие в деформируемом материале, измеряются плоскими взаимно перпендикулярными динамометрами в виде стальных линеек 5, 7 и 15 шириной 20 и толщиной 0,5 мм, на которых свободно подвешен диск. Для