Глава 4 (953478), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

R_экв = R_к и С_экв = С₀ + С_п.

Влияние сопротивления утечки может быть учтено соответствующей добавкой:

R_экв = R_к + 1/ (² C_экв² R_ут²)

В эквивалентной схеме ЭСДДВ с керамическим диэлектриком дол­жны быть учтены потери, вызывающие изменение сдвига фаз между напряжением и током, который оказывается меньше /2 на угол потерь. В образцовых воздушных конденсаторах tg  не превышает 5 10^-5, так как определяется только потерями в изоляции между электродами и в материале электродов.

Для получения достаточно благоприятного соотношения сопротивлений для ЭСДДВ с емкостью 10 … 100 пФ используются несущие частоты выше 100 кГц (вплоть до нескольких мегагерц).

При включении ЭСДДВ в измерительную цепь, наиболее часто используют мост Саути (рис. 4.26) и усилительную схему (рис. 4.27).

В случае мостовой схемы, если пренебречь паразитными составляющими ем­кости фун­кция преобразования получит вид:

Заметим, что это выражение линейно, при включении ЭСДДВ по схеме с изменяемым зазором и по схеме с изменяемой пло­щадью.

При использовании усилительной схемы емкостной датчик может устанавливаться как вместо постоянного конденсатора C₁ так и C₂. Элементы схемы подбирают так, чтобы, R₁ C₁ << 1, и R₂ C₂ >> 1. Тогда, в диапазоне частот (1/2 R₂ C₂) << f << (1/2R₁C₁) получим зависимость вида: U_вых = - (C₁/C₂) Е. Если ЭСДДВ установлен на место C₁, то функция преобразования линейна для конденсатора с изменяемой площадью, если на место C₂, то для конденсатора с изменяемым зазором.

Следовательно, при использовании ЭСДДВ, например, в качестве датчика силы (C G x  F) и устанавливая его в соответствующее место измерительной схемы, всегда можно получить линейную функцию преобразования.

Погрешности ЭСДДВ определяются, главным образом, стабильностью параметров зазора (его величины и диэлектрической проницаемости ). По­это­му, в конструкциях используют стабильные диэлектрики, а сами датчики тща­тельно герметизируют. Таким диэлектриком является воздух. (Вариации емкости конденсатора, при изменении температуры на 10^оС не превышает 0,002%, а при изменении давления на 10 Н/м² - 0,06%). Стабильными диэлектриками являют­ся также плавленый кварц и стекло.

В ажным параметром работы емкостного ЭСДДВ является уровень допустимого напря­жения, определяющий значение напряженности, при которой наступает про­бой диэлектрического промежутка. Для воздуха при нормальном давлении и зазорах между пласти­нами 0,1 ... 10 мм эта напряженность состав­ляет 2 ... 3 кВ/мм. При включении ЭСДДВ в измерительную цепь особое значение имеет согласование реактивных сопротивлений датчика и подводящего кабеля, который, уже при малой длине имеет емкость, сравнимую с емкостью датчика. Это обстоятельство существенно влияет на чувствительность схемы и погрешность измерения. Поэтому, большинство элементов измерительной цепи схемы размещают непосредственно в корпусе датчика.

Рассмотрим пример использования ЭСДДВ в охранных системах. Преобразователи этого типа применяются в схемах детекторов присутствия и приближения, реагирующих на проникновение человека в закрытое помещение или на его прикосновение к замкам, ручкам дверей, сейфам и другим металлическим объектам. Принцип действия заключается в измерении вариаций диэлектрической проницаемости среды емкостным методом.

Простой схемой детектора присутствия [ ] является емкостное реле, с относительно небольшим радиусом действия  0,6... 1,0 м (рис. 4.28). Катушка L намотана на многосекционном полистироловом каркасе и содержит 500 витков (250 + 250) с отводом от середины проводом ПЭЛ 0,12 мм. ЧЭ детектора, представляющий собой отрезок изолированного монтажного провода длиной 15 ... 100 см (или проволочный квадрат со стороной 15 ... 100 мм) устанавливается, во избежание наводок, перпендикулярно печатной плате. В схеме используется отечественная элементная база - переменный конденсатор - КПК-М, остальные К50-6. В качестве реле можно использовать РЭС-10. Настройка производится переменным конденсатором, ротор которого в начальный момент устанавливается в положение минимальной емкости. Чем меньше емкость этого конденсатора, тем чувствительнее схема и выше ее дальность действия.

Подобным образом строятся схемы детектора приближения, реагирующие на изменение емкости между пластинкой-электродом и общим проводом сети. Чувствительность таких схем пропорциональна площади пластин (обычно ее выбирают такой, чтобы можно было бы обнаружить человека на расстоянии  0,5 ... 1,0 м).

Приведем примеры использования ЭДДВ в промышленных задачах (табл. 4.7).

Таблица 4.7. Примеры промышленных ЭСДДВ

Примечание. Модели разработана фирмами Fudzi Denky, Япония, AL, Франция, Fero Ko, Sy­mal­eck, Yasima, Япония и Pepperl+Fuchs (Германия).

Как следует из примеров, датчики этого типа способны участвовать в измерении различных параметров, только в табл. 36 их представлено шесть. Подобная многопараметричность является очевидным достоинством ЭСДДВ. К другим достоинствам можно отнести также простоту конструкции, широкий диапазон измерения, помехоустойчивость к магнитным по­лям и работоспособность до высоких температур.

ЭСДДВ не лишены недостатков. В первую очередь, это необходимость использования высоких несущих частот, обязательное согласование кабеля и чувствительность к загрязнению.

4.2.4. Электромагнитные датчики

Э лектромагнитные датчики, как и емкостные используются в робототехнике для реше­ния кинестетических (определения усилий, вибраций, давлений и пр.) и локационных задач, где с их помощью обнаруживают различные металлические объекты (ме­талло­искатели разных видов). В первом случае, конструктивная, а также электрическая схема подобны схемам МДДВ, во втором применяются специальные схемотехнические решения. В большинстве промышленных измерительных систем электромагнитные датчики питаются непосредственно от сети переменного напряжения.

В общем случае, электромагнитный ДДВ (ЭМДДВ) представляет собой один или несколько контуров (обмоток), находящихся в магнитном поле, которое может быть создано как токами, протекающими по контурам, так и внешним источником. Простейший (одноконтур­ный) датчик характеризуется: индуктивностью L, током через контур i, потокосцеплением  = Li, противо-ЭДС e = - d/dt, энергией электромагнитного поля W_м = i/2 = Li²/2 и электромагнитной силой f_эм. Используя в качестве информативного признака любой из этих параметров, можно построить датчики, измеряющие различные физические величины (тесла- и гальванометры, тахометры и др.). Однако важно отметить, что параметры магнитной цепи являются взаимозависимыми. (Так, например, действие f_эм на сердечник преобразователя вызывает его неконтролируемое перемещение, а ток, протекающий по замкнутому контуру, приводит к появлению силы, поворачивающей его относительно поля и изменяющей, тем самым, величину индуцируемой ЭДС).

В ДДВ обычно используется вариации магнитной проницаемости , вызывающие изменение индуктивности или взаимной индуктивности M катушек. Существенной особенностью таких датчиков является наличие потоков рассеяния, обусловленное тем, что часть основного магнитного потока Ф замыкается не через все витки катушки (рис. 4.29). Соответственно полная индуктивность контура имеет две составляющие: основную индуктивность L и индуктивность рассеяния L_рас равные: L = n²/Z_м, L_рас = n/Z_м', где Z_м и Z_м' - магнитные сопротивления основного потока и потока рассеяния, n - число витков обмоток. Для уменьшения потерь в обмотку преобразователя вводится ферромагнитный сердечник, концентрирующий магнитный поток, и уменьшающий, тем самым, долю потока рассеяния в общем потоке. Наименьшую индуктивность рассеяния имеет обмотка, выполненная на тороидальном сердечнике. Наличие сердечника позволяет строить уже рассмотренные схемы ЭДП (разд. 3.1.2), а также ЭМДДВ малой жесткости, основанные на измерении вариаций индуктивности L при изменении положения сердечника. (В то же время, использование сердечников приводит к появлению частотно-зависимых потерь мощности на перемагничивание магнитопровода).

ЭМДДВ можно клас­сифицировать по трем признакам.

1. По типу контролируемого параметра: индуктивные (из­ме­няется L) и трансформаторные (изменяется M).

2. По характеру изменения магнитного зазора: с изменяемой площадью и с изменяемой длиной зазора.

3. По степени симметрии конструктивной схемы: простые (дроссельные) и разностные (дифференциальные).

Н а практике наиболее распространены разностные ин­дуктивные ЭМДДВ, обладающие большей точ­ностью, по сра­внению с тра­нсформаторными, но требу­ющие использо­­вания усилительных схем. (Несим­мет­ричные конструкции используются реже и в специальных случаях).

Характеристики

Список файлов книги