Модернизация склерометрического комплекса для измерения твёрдости
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
p>Q - площадь обкладок конденсатора;
? - расстояние между обкладками;
X - длина активной части электродов цилиндрического конденсатора;
d1, d2 - радиусы внутреннего и внешнего электродов цилиндрического конденсатора.
Рисунок 20 - Конструкция ёмкостного ИП:
Х - воздействие; ? - расстояние между электродами; b - ширина электродов; r - длина электродов.
Конденсатор состоит из двух электродов (рис.20), к которым подсоединены выводные концы. Пространство между электродами заполнено диэлектриком. При изменении взаимного положения электродов или при изменении диэлектрической проницаемости среды, заполняющей межэлектродное пространство, изменяется ёмкость конденсатора.
В качестве ёмкостного преобразователя широко используется плоский конденсатор.
Емкостные ИП относятся к группе электростатических преобразователей, у которых входная измеряемая величина связана с изменением емкости системы или с величиной электрического заряда.
Действие емкостных преобразователей основано на преобразовании входной величины в изменение емкости конденсатора, которая является функцией расстояния h между электродами, площади электродов Q и диэлектрической проницаемости e диэлектрика между электродами C = F(h, Q, e). Емкостные ИП могут быть использованы для измерения любых физических величин, которые функционально связаны с h, Q и e (перемещений, силы, геометрических размеров - толщины, уровня и др.).
ЕИП в общем случае состоит из диэлектрика, электродов, между которыми располагается диэлектрический материал, выводов и различных конструктивных элементов. Диэлектрик может находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. Электроды могут выполняться в виде плоскопараллельных пластин, коаксиальных цилиндров и других конструкций и форм.
В основу принципа действия могут быть положены:
) изменение расстояния между обкладками;
2) изменение площади перекрытия обкладок;
) изменение e диэлектрика или части его.
К достоинствам ЕИП можно отнести:
) принципиальное отсутствие шумов, в отличие от резистивных и индуктивных ИП;
) отсутствие самонагрева;
) простоту конструкции, малую массу и габариты;
) возможность соответствующим выбором формы подвижного и неподвижного электродов получить заданную функциональную зависимость между изменением емкости и входным линейным или угловым перемещением (в преобразователях с переменной площадью перекрытия электродов);
) малую силу притяжения электродов;
) возможность применения как для статических, так и для динамических измерений;
) высокую чувствительность к малым перемещениям (для преобразователей с изменяющимся зазором);
) высокую стабильность, так как в уравнение преобразования входят только геометрические размеры, которые при надлежащей конструкции достаточно стабильны;
) простоту конструкции;
) малую массу и размеры.
Недостатками емкостных преобразователей являются:
) малая емкость и высокое выходное сопротивление преобразователя;
2) зависимость результата измерения от изменения емкости кабеля;
) малая выходная мощность;
) необходимость использования источников питания повышенной частоты;
) влияние паразитных ёмкостей.
При современной технологии изготовления датчиков зазор может быть доведён до 5-10 мкм и порог чувствительности оценивается значениями 10-14м.
2.5.4 Пьезоэлектрические преобразователи
Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ИП [1, 2, 3, 4, 5].
Принцип действия пьезоэлектрических измерительных преобразователей основан на пьезоэлектрическом эффекте, т. е. возникновении электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллических диэлектриков под действием механических сил или деформаций (рис.21).
Схема устройства пьезопреобразователя приведена на рис. 2.16.
Преобразователь состоит: из двух пьезопластинок 1, расположенных так, чтобы их обращенные друг к другу грани имели заряды одного знака; из металлической прокладки 2; основания 3; нажимного устройства 4; изолятора 5; вывода 6. Под действием измеряемой силы F пьезопластины будут сжаты и на выводе 6 появится отрицательный потенциал, а на основании 3 положительный; отрицательный потенциал подается на усилитель, т.к. выходная мощность пьезоэлектрических преобразователей очень мала.
Указатель прибора отградуирован в единицах силы F.
Рисунок 21 - Схема устройства пьезоэлектрического преобразователя:
F - нагрузка, Н; 1 - пьезопластины; 2 - металлическая прокладка; 3 - основание; 4 - нажимное устройство; 5 - изолятор; 6 - вывод.
Пьезоэлектрические преобразователи применяются для измерения: силы, давления, перемещения и количества вещества.
Основная погрешность пьезоэлектрического манометра не превышает 2%.
Выходной величиной преобразователя является напряжение. Функция преобразования имеет вид, представленной в выражении 13:
, (13)
где d - пьезомодуль;
d - расстояние межу электродами;
Q - площадь электродов;
e - относительная диэлектрическая проницаемость пьезоэлектрика;
e0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость пьезоэлектрика;
Р - давление.
При измерении статических величин (сил, давлений и т. п.) на выходе пьезоэлектрического ИП появляется постоянное напряжение, которое из-за утечки заряда через конечное объемное сопротивление и по поверхности ИП быстро падает. Заряд, возникающий на гра