Itnewsrussia.ru

Анализ современных технологий

Измерительные схемы емкостных преобразователей

Емкости большинства преобразователей составляют 10-100 пФ, и поэтому даже при относительно высоких частотах напряжения питания (105 - 107 Гц) их выходные сопротивления велики и равны Ом. Выходные мощности емкостных преобразователей малы и в измерительных цепях необходимо применение усилителей. Допустимые значения напряжения питания емкостных преобразователей достаточно велики и напряжение питания, как правило, ограничивается не возможностями преобразователя, а условиями реализации измерительной цепи.

Основной трудностью построения измерительных цепей с емкостными преобразователями является защита их от наводок. Для этих целей, как сами преобразователи, так и все соединительные линии тщательно экранируются. Однако экранированный провод имеет емкость СК между жилой и экраном (), которая при неудачном выборе точки соединения экрана может оказаться включенной параллельно емкости преобразователя.

При этом падает чувствительность преобразователя, так как относительное изменение емкости уменьшается на величину , и появляется весьма существенная по значению погрешность, вызываемая нестабильностью емкости СК, поскольку любые изменения этой емкости воспринимаются как изменение рабочей емкости ∆С0. Поэтому при построении измерительной цепи с емкостными преобразователями в первую очередь обращается внимание на включение так называемых паразитных емкостей.

Кроме того, следует обращать внимание на линейность зависимости выходного параметра измерительной цепи от измеряемой величины. При это нужно иметь в виду, что емкостные преобразователи являются преобразователями высокоомными, а измеряемая величина может быть связана линейной зависимостью как с сопротивлением преобразователя (при изменении зазора), так и с его проводимостью (при изменении площади S или диэлектрической проницаемости ε).

Для работы с емкостными преобразователями применяют измерительные цепи, в основу которых положены различные структуры - делители напряжения, измерительные мосты, емкостно-диодные цепи, резонансные контуры.

На рисунке 2 приведены варианты мостовых схем включения дифференциальных емкостных датчиков давления с заземленным подвижным электродом (с мембраной).

Условные обозначения:

а - без учета паразитных емкостей,

б - с учетом паразитных емкостей.

Рисунок 2 - Варианты мостовых схем включения дифференциальных емкостных датчиков давления

Для схемы, изображенной на рисунке 2 а, выходное напряжение разбаланса моста без учета паразитных емкостей соединительных кабелей имеет вид:

. (4)

С учетом паразитных емкостей двух кабелей, соединяющих датчик с питающим генератором, выражение для Uвых усложняется:

(5)

Здесь ,

где Ск, хк - паразитная емкость кабеля и его сопротивление;

С, хс - емкость датчика и его сопротивление.

С учетом паразитных емкостей выходное напряжение нелинейно зависит от перемещения мембраны. Нелинейность уменьшается с относительным уменьшением величины паразитной емкости по сравнению с емкостью датчика.

Максимальная погрешность нелинейности достигает при максимальном прогибе мембраны.

Для схемы, изображенной на рисунке 2 б, в которой емкость кабеля присоединена параллельно мосту и незначительно влияет на его работу, при равенстве переменных и постоянных плеч моста (R=X) выходное напряжение имеет вид:

. (6)

Погрешность от нелинейности в этом случае меньше, чем в первой схеме при вдвое большей чувствительности. Однако эта схема более чувствительна к нестабильности питающей частоты.

Для определения погрешности нелинейности предварительно целесообразно аппроксимировать нелинейную характеристику прямой линией. Причем желательно иметь оптимальную аппроксимирующую прямую, поскольку через нелинейную характеристику можно провести несколько прямых. Наилучшей аппроксимирующей прямой будет такая, которая пересекает характеристику в области преобразования по меньшей мере дважды (рисунок 3).

В качестве первого приближения может служить прямая, проходящая через конечные точки характеристики - y1. Второе приближение характеризуется точками пересечения внутри диапазона преобразования - y2.

При этом разности между характеристикой преобразования и аппроксимирующими прямыми соответственно будут:

(7)

Перейти на страницу: 1 2

Популярное:

Конструирование устройства для измерения углового перемещения Измерения играют важную роль в жизнедеятельности человека. Измерение угловых перемещений весьма распространены, применяются в машиностроении, геодезии, в военном деле, космонавтике, астрономии и т.п. Широкое применение обусловлено тем, что наиболее используемые методы измерений основаны на промежуточном преобразовании этих величин в ...