evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024282), страница 35
Текст из файла (страница 35)
При э т о м , если питающее напря139Рис. 4.19ж е н и е с и н у с о и д а л ь н о , т о ж е с и н у с о и д а л ь н о е н а п р я ж е н и е б у д е т и н а конденсаторе Ci(в точке с ) ,п р и ч е м з н а ч е н и е э т о г о н а п р я ж е н и я определ я е т с я з н а ч е н и е м Сх. А н а л о г и ч н ы м о б р а з о м н а п р я ж е н и е н а к о н д е н с а т о ре С 2(в т о ч к е d)и з м е н я е т с я с и н у с о и д а л ь н о и е г о з н а ч е н и е з а в и с и т оте м к о с т и С2. Е с л и в с е д и о д ы и м е ю т о д и н а к о в ы е п р я м ы е с о п р о т и в л е н и я ,т о п р и C i = С г н а п р я ж е н и я н а э т и х к о н д е н с а т о р а х о д и н а к о в ы и напряжение м е ж д у т о ч к а м и с и d о т с у т с т в у е т .
Е с л и же С\ ФС2, то м е ж д у точками с и d п о я в и т с я п е р е м е н н о е н а п р я ж е н и е , п р о п о р ц и о н а л ь н о е р а з н о с т и— С 2 . Э т о н а п р я ж е н и е в ы п р я м л я е т с я в т е ч е н и е о д н о й п о л о в и н ы пеCiриода диодамиVDiиVD3, а в течение в т о р о й — д и о д а м иВ ы х о д н о е н а п р я ж е н и е с н и м а е т с я с д и о д о в VD3 и VD4oVD2 иVD4.Е г о и з м е н е н и е вов р е м е н и п о к а з а н о н а р и с , 4 .
1 9 , б . С р е д н е е в ы п р я м л е н н о е з н а ч е н и е нап р я ж е н и я С ^ ы х о п р е д е л я е т с я р а з н о с т ь ю Сх^выхДля= 2Uтого~(C*чтобы- С2)/(С,упростить+ С2— С2 и п р и б л и ж е н н о р а в н о+ 2dC2/C3).экранирование,всясхема помещается в экранированный к о р п у с датчика.140(4.79)емкостно-диоднаяПогрешностьемкостногопреобразователяпреобразователя.монтируютсянаЭлектродыизоляционныхемкостногодеталяхилираздел я ю т с я и м и . Р а з н о р о д н ы е к о н с т р у к т и в н ы е д е т а л и д а т ч и к а и м е ю т различныек о э ф ф и ц и е н т ы л и н е й н о г о р а с ш и р е н и я .
П р и и з м е н е н и и температурыэтоприводиткизменениюрасстояниямеждуэлектродами.Х о т я это изменение м а л о , о н о м о ж е т быть с о и з м е р и м о с расстояниеммежду электродами ищейаддитивнуюжетбытьприводит кит е м п е р а т у р н о й п о г р е ш н о с т и , имеюмультипликативнуюуменьшенаприменениемсоставляющие.ПерваядифференциальныхмопреобразователейНоминальнаявемкостьпределах от единиц донеесопротивлениеПристольемкостныхпреобразователейобычнолежитс о т е н п и к о ф а р а д . Н а частоте 5 0 Г ц внутренп р е о б р а з о в а т е л я достигает значенийболее 107Ом,в ы с о к о м с о п р о т и в л е н и и в о з м о ж н ы п о г р е ш н о с т и , обусловленныепаразитнымивлияетнепостоянствопротивлениятокамиутечки,причемна результат и з м е р е н и ясопротивления изоляции.преобразователячастотаДля уменьшениянапряженияпитаниясоувеличивается до н е с к о л ь к и х к и л о г е р ц и в ы ш е , вплоть до н е с к о л ь к и х мегагерц.Посколькуполнаяемкостьпреобразователяизменяетсяв присутствии посторонних металлических п р е д м е т о в , преобразователь, ажеидущиедимоктакн е м у п р о в о д а и э л е м е н т ы и з м е р и т е л ь н о й ц е п и необхоэкранировать.Однакоемкостьэкранаможетизменятьсяподв л и я н е м изменения влажности воздуха, вибрации и по д р у г и м причинам.Экранированные провода могут изменять свою емкость при их изгибах,к о г д а т о к о в е д у щ и й п р о в о д меняет свое положение относительно экрана.Эти и з м е н е н и я п р и в о д я т к п о г р е ш н о с т иОсобенности применения емкостных преобразователей.
Е м к о с т н ы епреобразователи имеютр я д специфических достоинств и недостатков,определяющихих применения.областьчика проста, он имееттродымогуттотой,чтоЕмкостныедов.К о н с т р у к ц и я е м к о с т н о г о датм а с с у и р а з м е р ы . Е г о п о д в и ж н ы е элекб ы т ь д о с т а т о ч н о ж е с т к и м и , с в ы с о к о й с о б с т в е н н о й часдаетвозможностьпреобразователиили нелинейной)функциималыеизмерятьможнобыстропеременныевеличины.выполнять с заданной(линейнойфункцией преобразования.
Д л я получения требуемойпреобразованияОтличительнойчастодостаточноособенностьюизменитьявляется малаяформусилаэлектропритяженияэлектродов.Основнымнедостаткомемкостныхпреобразователейявляетсямалая их е м к о с т ь и в ы с о к о е сопротивление. Д л я уменьшения последнегопреобразователиэтообусловливаетпитаютсянапряжениемдругой недостатоквысокойчастоты.Однако— с л о ж н о с т ь в т о р и ч н ы х преобр а з о в а т е л е й . Н е д о с т а т к о м я в л я е т с я и т о , что р е з у л ь т а т и з м е р е н и я зависит от изменения параметров к а б е л я .Для уменыненипогрешности измерительнуюприбор располагают вблизи датчикацепьивторичный141Емкостныедовательскойпреобразователиработе,гдесонал д л я р а з р а б о т к и ,широкоимеетсяприменяютсявнаучно-исслевысококвалифицированныйперэксплуатации и ремонта датчиков и вторичныхп р и б о р о в .
В у с л о в и я х научногоэ к с п е р и м е н т а ц е н н ы м с в о й с т в о м датчиков является простота их конструкции и технологии.4.2.4. Пьезоэлектрические преобразователиПрямойдиэлектрикахномпьезоэлектрическийразличнопорядке,эффект.Вкристаллическихзаряженные ионы располагаются вобразуякристаллическуюрешетку.определенПосколькуразнои м е н н о з а р я ж е н н ы е и о н ы чередуются и р а с п о л о ж е н ы т а к , что их з а р я д ывзаимнокомпенсируются, вцелом кристаллэлектрически нейтрален.Одной из особенностей кристаллов является их симметрия. Кристаллымогутбытьцентра.Всимметричны относительно н е к о т о р о й оси, плоскости илисоответствии с в и д о м с и м м е т р и и по о п р е д е л е н н ы м з а к о н а мп о с т р о е н а к р и с т а л л и ч е с к а я р е ш е т к а и р а с п о л о ж е н ы и о н ы .
Электрическаяструктура кристалла,кости,различных знаковПрисимметричного относительноосии л и плоссхематически показана на рис. 4.20. В н а п р а в л е н ™ оси X и о н ыдействиичередуются и в з а и м н онакристаллкомпенсируют свои заряды.с и л ы Fx в н а п р а в л е н и и X к р и с т а л л и ч е с к а яр е ш е т к а д е ф о р м и р у е т с я , р а с с т о я н и я м е ж д у п о л о ж и т е л ь н ы м и и отрицат е л ь н ы м и и о н а м и и з м е н я ю т с я и к р и с т а л л э л е к т р и з у е т с я в э т о м направлении. На его гранях, п е р п е н д и к у л я р н ы х оси X, п о я в л я е т с я з а р я дq = dltFx,(4.80)пропорциональныйс и л е Fx.
К о э ф ф и ц и е н т й х х , з а в и с я щ и й от в е щ е с т в аи его состояния, называется пьезоэлектрическим м о д у л е м . И н д е к с ы прик о э ф ф и ц и е н т е d определяются ориентацией с и л ы и грани, на к о т о р о йпоявляетсязаряд,относительно кристаллических осей. При изменен™ориентации пьезоэлектрический модуль изменяется.Электризациякристаллапьезоэффектом.ваютсяпьезоэлектриками.вателей наибольшеецаиподВещества,прямымДлядействиемвнешнихобладающиеизотовлениясилназываетсяпьезоэффектом,измерительныхназыпреобразоп р и м е н е н и е н а ш л и е с т е с т в е н н ы е к р и с т а л л ы кварискусственныепьезоэлектрическиематериалы—пьезокерамики.К в а р ц ( S 1 O 2 ) . П р и з м а т и ч е с к а я часть к р и с т а л л а к в а р ц а и расположение к р и с т а л л и ч е с к и х о с е й п о к а з а н ы н а р и с .
4 . 2 1 . О с ь X — электрическ а я , ось Y — механическая, ось Z — оптическая. Д л я и с п о л ь з о в а н и я визмерительныхпреобразователяхизкристаллавырезается пластинка.П р и д е й с т в и и н а п л а с т и н к у с и л в д о л ь о с е й Х и л и К п р о и с х о д и т поляризация кристалла. На гранях, перпендикулярных оси X, п о я в л я ю т с я зарядыq = dltFx и л и q = d12 (Qx/Qy)Fy ,где F x кРу — с о о т в е т с т в у ю щ и е с и л ы ;(4.81)Qx иQ y — п л о щ а д и г р а н е й , пер-1XРис.
4.20.Рис. 4.21пендикулярных осям X иdtiY;= di2= 2,31.10"12К / Н — пьезоэлектрические модули.Возникновениезарядапод действиемс и л ы F x н а з ы в а е т с я продольн ы м п ь е з о э ф ф е к т о м , в о з н и к н о в е н и е з а р я д а п о д д е й с т в и е м F y — поперечным пьезоэффектом. Действиесилы Fzвдоль оси Zне в ы з ы в а е тникаких электрических зарядов.Кварцеваяпластинкаимеетв ы с о к у ю п р о ч н о с т ь . Д о п у с т и м ы е напряжения м о г у т д о х о д и т ь до (0,7—1)• 1082Н / м , что п о з в о л я е т п р и к л а д ы в а т ь к н е й б о л ь ш и е и з м е р я е м ы е с и л ы .
О н а и м е е т б о л ь ш о й м о д у л ь упругости,чтообусловливаетеевысокуюочень м а л о е собвысокуюдобротность изготовленных из кварца пластинок. КварцевыеиспользуютсяПоследнееивнутреннеепластинкитрение.жесткостьственноедляобстоятельствоизготовленияобусловливаетпреобразователей,измер я ю щ и х давление и силу.К в а р ц — материал с в ы с о к о й твердостью, он трудно обрабатываетсяиможетприменятьсядляизготовленияпластиноклишьпростойформы.Пьезоэлектрическийрым о д у л ь d п р а к т и ч е с к и п о с т о я н е н д о температу200 °С, а затем с увеличением температуры немного уменьшается.Предельная573 °Срабочаятемпература составляет(температура Кюри)500 °С.При температурек в а р ц теряет пьезоэлектрические свойства.О т н о с и т е л ь н а я д и э л е к т р и ч е с к а я п р о н и ц а е м о с т ь р а в н а 4,5увеличиваетсяс увеличением температуры.тивление к в а р ц а превышает 10Электрическиестабильность.Заи1012и несколькообъемноесопроОм.механическиелетУдельноесвойстваизменениекварцахарактеристикимеютневысокуюпревосходит0,05%.143Пьезоэлектрическаястроение,причемэлектрического полякоенаправлениекерамика.доменыПьезокерамикаполяризованы.поляризацияПриимеетдоменноеотсутствиивнешнегоо т д е л ь н ы х д о м е н о в и м е е т хаотичеси на поверхности изготовленного из пьезокерамикитела э л е к т р и ч е с к и йзаряд отсутствует.
Вэлектрическом поле доменыориентируются в н а п р а в л е н ™ этого п о л я , в е щ е с т в о п о л я р и з у е т с я и нап о в е р х н о с т и т е л а п о я в л я ю т с я з а р я д ы . П р и с н я т и и п о л я д о м е н ы сохраняютсвоюориентацию,верхностныйвеществоостаетсяполяризованным,н о поз а р я д с т е ч е н и е м в р е м е н и с т е к а е т . Е с л и к т е л у , изготовл е н н о м у из п ь е з о к е р а м и к и , после о б р а б о т к и его в э л е к т р и ч е с к о м полеп р и л о ж и т ь м е х а н и ч е с к у ю н а г р у з к у , т о п о д е е д е й с т в и е м д о м е н ы изменяют свою ориентацию и изменяется поляризация вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
