Видеокурс по SIMATIC STEP 7


Емкостные датчики

Емкостные датчики
Для преобразования перемещения в изменение выходного напряжения могут быть использованы и конденсаторы переменной емкости - емкостные датчики. Принцип их действия основан на учете изменения электрических параметров схемы датчика при изменении емкости конденсатора переменной емкости за счет механического перемещения пластин конденсатора или изменения диэлектрической проницаемости среды конденсатора.

Изменение емкости можно получить изменением расстояния между электродами или чаще - изменением площади взаимного перекрытия электродов, а также изменяя диэлектрическую проницаемость среды между пластинами конденсатора.

Емкость таких датчиков составляет обычно всего лишь тысячные доли микрофарады. Это требует для повышения выходной мощности специального высокочастотного питания.

В общем случае емкость конденсатора есть произведение диэлектрической проницаемости е на геометрическую проводимость G зазора между электродами. Точность емкостных датчиков зависит от влияния температуры на геометрические размеры и диэлектрическую проницаемость (в датчиках с жидким и с твердым диэлектриком). Применение дифференциальных схем сводит эти погрешности к минимуму.

Питание измерительных схем дифференциальных емкостных датчиков осуществляется обычно переменным током повышенной частоты - от нескольких килогерц до десятков мегагерц. Дифференциальный конденсатор обычно выполняют в виде жидкостной ампулы уровня, помещенной между трех обкладок-электродов. При наклоне ампулы уровня за счет смещения воздушного пузырька происходит изменение диэлектрической проницаемости среды такого конденсатора в каждом из его плеч. Это вызывает, в свою очередь, изменение реактивного сопротивления плеч мостовой электрической схемы и, как следствие, ее разбаланс.

Величина этого разбаланса регистрируется измерительным прибором, входящим в комплект датчика.

Электронные трехэлсктродные емкостные, датчики позволяют автоматически наблюдать за наклонами объекта в диапазоне до 200 "со средней квадратической ошибкой определения величины наклона ±0,2" и меньше.

Флуктуация показаний электронного уровня не превышает ±0,06", если приняты меры для уменьшения влияния внешних условий. Исследования таких датчиков показывают, что статическая характеристика дифференциальных датчиков линейна в широком диапазоне и нелинейность проявляется на краях (до 8%). Гистерезис статической характеристики на рабочем участке составляет около 0,1%. С точки зрения динамических характеристик такой датчик является колебательным динамическим звеном, переходная характеристика которого является апериодической кривой затухающих колебаний.

Логарифмический декремент затухания. Полное время успокоения пузырька уровня, заполненного смесью спирта и эфира и выведенного из равновесия, примерно постоянно и равно около 30 с.

Известны конструкции емкостных датчиков, в которых с целью повышения чувствительности и стабильности их показаний электроды конденсатора выполнены в виде четырех электропроводящих пластин, размещенных над газовым пузырьком ампулы симметрично относительно его концов. Над газовым пузырьком 2 размещены четыре металлические пластины-электроды 1,3, 4 и 6 таким образом, чтобы расстояние L между концами электродов соответствовало положению концов газового пузырька.

При дифференциальной схеме включения такого датчика противофазные высокочастотные напряжения от генератора подводят к пластинам 1 и 3, а электроды 4 и 6 соединяют проводником 5 и с него снимают напряжения рассогласования.

Чувствительность такого уровня очень высока и составляет 0,05" на одно деление шкалы регистрирующего прибора.

Для повышения точности отсчета в емкостных датчиках могут быть применены специальные маятниковые устройства. В таких уровнях подвижные обкладки конденсаторов укреплены на концах маятников, а неподвижные электроды конденсатора расположены на его основании и смещены, в противоположные стороны относительно осей подвеса маятников. Такое устройство содержит два емкостных датчика с подвешенными на упругих пластинах маятниками 1. К нижним концам маятников прикреплены подвижные обкладки 2 конденсаторов.

Неподвижные обкладки 3 конденсаторов смещены в противоположные стороны относительно осей подвеса маятников и электрически соединены с колебательными контурами излучающих генераторов 4.

Для измерения углов наклона дистанционно каждый генератор содержит небольшую излучающую антенну 5 и питается от малогабаритного автономного источника питания. Индикаторное устройство выполнено в виде двухканального радиоприемника, посредством которого осуществляется телеметрическая связь с индикаторным устройством.

Маятники емкостного датчика для демпфирования их колебаний при наклоне основания помещены в сосуды с маслом. Плоскоть колебаний маятников в таком датчике совмещена с плоскостью измеряемого угла.

Поэтому при наклоне основания датчика подвижные обкладки конденсатора смещаются относительно неподвижных таким образом, чтобы емкость одного из конденсаторов увеличивалась, а другого уменьшалась. Изменение емкостей двух конденсаторов приводит к соответственному изменению (уменьшению и увеличению) частот, излучаемых генераторами датчика.

Каждая из частот датчика принимается соответствующей антенной приемного устройства, в котором электромагнитные колебания преобразуются в электрический сигнал, усиливаются и поступают в ячейку скорости счета. Разностное напряжение на выходе этих ячеек, измеряемое стрелочным прибором, соответствует величине угла наклона датчика.

Каждый канал радиоприемного устройства содержит усилитель высокой частоты 6, смеситель 7, первый гетеродин 8, усилитель промежуточной частоты 9, второй смеситель 10, преобразователь 11 формы сигнала, ячейку 12 скорости счета. Второй гетеродин 13 и стрелочный прибор 14 являются общими для обоих каналов радиоприемного устройства. Цена деления такого емкостного датчика составляет 0,05 на 2 мм шкалы стрелочного прибора, а точность отсчитывания составляет величину около 0,005.

Емкостные датчики в инженерной геодезии могут найти применение для высокоточных измерений линейных и угловых смещений элементов конструкций и технологического оборудования.

Бункера для сыпучих грузов

Бункера, как правило, предназначены для хранения небольших объемов сыпучих грузов. Бункера можно разделить на универсальные, общего назначения...

Требуемая грузовместимость и размеры склада

Требуемую грузовместимость и размеры склада определяют по общей методике с учетом необходимых размеров фронта погрузки в вагоны, а также условий работы...

Наиболее удачным методом описания всех проектируемых транспортно-технологических операций являются транспортно-технологи-ческие карты...