емкостные датчики

В иастоящее время в промышленности и для равличных специальных целей широко применяются дистанционные измерения всевозможных величин. Многие из этих величин преобразуются в перемещение, и тогда задача сводится к дистанционному измерению величины хода измерительного органа (чувстБ.ительного элемента). Так, например, для замера давления достаточно измерить прогиб анероид-ной коробки, а для определения ускорения достаточно .знать величину перемещения массы, закрепленной на пружине. Кроме того, очень часто нас интересует непосредственно относительное перемещение отдельных частей механизма, например угол поворота оси.

Для дистанционного измерения перемещений широкое распространение получили следящие системы, включающие в себя соответствующие датчики. Задачей такого датчика является преобразование величины хода чувствительного элемента (расстояния, угла поворота) в электрический сигнал, который и воспринимается следящей системой [Л. 1-4].

Существует большое количество типов датчиков перемещения. Наиболее распространены реостатные и индуктивные датчики, менее распространены емкостные, фотоэлектрические и некоторые другие специальные датчики, например лампы с механическим управлением и т. д.

Во многих случаях к датчикам перемещения предъявляются повышенные требования как в отношении точности, так и в отношении малого механического момента и пр-Эти требования возникают в приборах, от которых уре-буется высокая точность работы - в акселерометрах, гироскопических, мембранных приборах и других устройствах. Всем этим требованиям удовлетворить с помощью реостатных, индуктивных или фотодатчиков затруднитель-

но а емкостн-ые датчики до рпоследнего времени разрабать: вались в совершенно недостаточных масштабах.

Однако дальнейшее повышение требований в отношении точности, стабильности, малой величины механического момента, широкой регулировки заставляют конструкторов вновь обратиться к разработке емкостных да-чи-ков.

До недавнего времени конструкторы относились с пре--убеждением к емкостным датчикам, .полагая, что xcvibi 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 сотеи килогерц, а иногда даже десятков мегагерц [Л. 5, стр. 47; Л. 18]. Наличие такой высокой частоты Б свою очередь приводило к потерям в паразитных емкостях, соединительных проводах и т. гг. [Л. 1, стр. 70]. 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 [Л. 21] 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 уж:е созданы приборы с емкостными датчиками, обеспечивающие высокие точности и стабильность работы, выдерживающие тяжелые режимы эксплуатации (см. гл. 6).

В настоящее время установлено, что емкостные датчики перемещения обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими датчиками перемещения. 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 слу-"чаях - один токосъем с помощью кольца и щетки);

6) высокая точность и стабильность работы систем с емкостными датчиками;

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

i 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 перемещения незаменимыми в приборах, в которых допускаются погрешности лишь в сотые и даже тысячные доли процента, а поэтому необходимо емкостные датчики перемещения развивать и осваивать.