Для измерения малых перемещений (до единиц микрометров), а также точного измерения быстроменяющихся сил и давлений применяются дифференциальные емкостные преобразователи с переменным зазором (Рис. 11,в). Средний электрод конденсатора укреплен на упругом элементе (мембране, упругой пластинке, растяжках) между неподвижными электродами 1 и 2.

Рассматриваемая схема может быть использована в приборах уравновешивания. Для этого усиленный сигнал с конденсатора после фазочувствительного детектирования может быть подан на обкладки 1 и 2, вследствие чего на средний электрод будет действовать электростатическая сила, уравновешивающая измеряе­мую силу. На Рис. 11, г и д показаны схемы устройства емкостных преобразователей с переменной площадью. В схеме на Рис. 11, г диэлектрик 1 перемещается по стрелке, а в схеме на Рис. 11, д один из электродов 2 жестко связан с валом и совершает угловые перемещения относительно неподвижного электрода 1.

Возможные области применения датчиков (в том числе и емкостных) чрезвычайно разнообразны, можно выделить лишь отдельные сферы:

* промышленная техника измерения и регулирования,

* робототехника,

* автомобилестроение,

* бытовая техника,

* медицинская техника.

Применимость того или иного датчика в этих сферах определяется прежде всего отношением цена/эф­фективность. При промышленном применении опре­деляющим фактором является погрешность, которая при регулировании процессов должна составлять 1 .2%, а для задач контроля - 2 .3%. В этих слу­чаях цены датчиков превышают 100 немецких марок ФРГ. Для специальных применений в области робо­тотехники и медицинской техники цены датчиков мо­гут достигать даже уровня 10 .100 тыс. немецких ма­рок ФРГ. Благодаря внедрению новых технологий изготовления (высоковакуумное напыление, распыле­ние, химическое осаждение из газовой фазы, фотоли­тография и т. д.) и новых материалов непрерывно расширяются сферы применения датчиков, недоступ­ные ранее из-за их высокой цены.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

До недавнего времени конструкторы относились с пред­убеждением к емкостным датчикам, полагая, что схемы с емкостными датчиками не обеспечивают ни достаточной точности, ни стабильности работы приборов. Считалось обязательным для получения устойчивого сигнала на выхо­де емкостного датчика питать его напряжением высокой частоты, достигающей сотен килогерц, а иногда даже де­сятков мегагерц. Наличие такой высо­кой частоты в свою очередь приводило к потерям в паразитных емкостях, соединительных проводах и т. п. Для того чтобы повысить амплитуду сигнала, снимаемого с емкостного датчика, и улучшить стабильность показаний, некоторые авторы разработок применяли в пер­вом каскаде усилителя электрометрические лампы, допу­скающие включение сотен мегом в цепь управляющей сетки и т. д., однако все эти меры мало улучшали ста­бильность систем с емкостными датчиками и в то же вре­мя значительно усложняли конструкцию приборов.

Проведенные в настоящее время работы показали, что причина нестабильности работы систем с емкостными датчиками лежит в неправильном подходе конструкторов к проектированию датчиков, в частности, в неправильном расположении изолирующих элементов конструкции, не­стабильность свойств которых и приводит к ошибкам в работе систем. Эти трудности оказались преодолимыми, и уже созданы приборы с емкостными датчиками, обеспе­печивающие высокие точности и стабильность работы, выдерживающие тяжелые режимы эксплуатации.

В настоящее время установлено, что емкостные датчики обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими датчиками. К их достоинствам относятся:

1) потребность весьма малых усилий для перемещения подвижной части (ротора) емкостного датчика;

2) малое потребление энергии;

3) простота изготовления;

4) использование дешевых материалов;

5) отсутствие контактов (в некоторых отдельных случаях - один токосъем с помощью кольца и щетки);

6) высокая точность и стабильность работы смстем, с емкостными датчиками;

7) возможность широкой регулировки приборов с неко­торыми типами емкостных датчиков.

К недостаткам емкостных датчиков следует отнести высокое внутреннее сопротивление, достигающее десятков и даже сотен мегом, высокие требования к сопротивлению крепежных изолирующих деталей и необходимость рабо­ты на повышенной (по сравнению с 50 гц) частоте. Однако в большинстве случаев крепления емкостных датчиков мо­гут быть выполнены и из обычных материалов, а практика показывает, что емкостные датчики дают хорошие резуль­таты на широко распространенной частоте 400 гц.

Ценные качества емкостных датчиков - малая величи­на механического усилия, необходимого для перемещения его ротора, возможность регулировки выхода следящей системы и высокая точность работы - делают емкостные датчики незаменимыми в приборах, в которых допускаются погрешности лишь в сотые и даже тысячные доли процента, а поэтому необходимо емкостные дат­чики развивать и осваивать.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1)А. Бондер, А. В. Алферов - «Измерительные приборы»

2)В. А. Ацюковский - «Емкостные датчики перемещения»

3)Г. Виглеб - «Датчики. Устройство и применение»

)