ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 1 page

7-1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Простейший электростатический (ЭС) преобразователь содержит два электрода площадью S, параллельно расположенных на расстоя­нии 6 в среде с диэлектрической проницаемостью е.

' С электрической стороны преобразователь характеризуется напря­жением U между пластинами, зарядом q = CU, где С — емкость, равная при плоскопараллельном расположении пластин С = eS/6 (без учета краевого эффекта), током i — dq!dt_f энергией электриче­ского поля W₉ = qU!2 = CU²/2. Если одна из пластин (или диэлек­трик между ними) имеет возможность перемещаться, то с механиче­ской стороны преобразователь характеризуется жесткостью подвеса подвижной пластины w₉ перемещением ее х, скоростью перемещения v = dx/dt и электростатической силой притяжения f_9C = dWJdx.

Взаимосвязь механической и электрической сторон преобразова­теля отражается уравнениями:

dF = wx+ Е₀С₀и; dq = Е₀С₀х + С₀и.

Эти уравнения даны в линеаризованной форме, т. е. в предполо­жении, что и и х малы по сравнению с начальными напряжением и зазором и, следовательно, емкость С₀ и напряженность поля Е₀ по­стоянны. Из приведенных уравнений видно, что любое воздействие с механической стороны меняет электрическое состояние преобразо­вателя и, наоборот, изменение электрического поля приводит к изме­нению механических характеристик. Коэффициент электромеханиче­ской связи (см. § 2-4) k_m = Е₀С₀. Эта взаимосвязь должна учитываться при любых применениях ЭС преобразователей. Например, из первого уравнения следует, что если напряжение и зависит от перемещения х, то эквивалентная жесткость включенного в цепь преобразователя отличается от жесткости подвеса. Из второго уравнения видно, что ток через преобразователь определяется не только составляющей h — (dq/dfyx =^vC^du!dt_y но и не всегда учитываемой составляющей, обусловленной перемещением электродов: i₂ = (dq/dt)₂ = E_QC^dxldt.

Выходной величиной электростатического преобразователя мо­жет быть: а) изменение емкости С, б) сила f_3Ct в) ЭДС, генерируемая при взаимном перемещении электродов, находящихся в электриче­ском поле.

Для ЭС преобразователей, в которых изменяется емкость, вход­ными величинами могут быть механическое перемещение, изменяющее зазор или площадь, или изменение диэлектрической проницаемости е под действием изменения температуры или состава диэлектрика.

ЭС преобразователи с изменяющейся емкостью (называемые в этом случае емкостными) используются в различных датчиках прямого преобразования, а также как преобразователи неравновесия в датчи­ках уравновешивания. Емкостные преобразователи работают на переменном токе несущей частоты со, которая должна значительно превышать наибольшую частоту Q изменения емкости под действием измеряемой величины. В качестве емкостных преобразователей исполь­зуются также запертые р-п-переходы: р и га-области играют роль пла­стин, разделенных обедненным слоем, ширина которого 6, а соответ­ственно и емкость р-п-перехода изменяются под действием приложен­ного напряжения. Эти полупроводниковые элементы называются вари­капами.

Для ЭС преобразователей с выходной величиной в виде силы входной величиной является напряжение. Эти преобразователи ис­пользуются в электростатических вольтметрах, а также в датчиках уравновешивания в качестве обратных преобразователей давления.

При емкости, принудительно изменяемой по известному закону, например С = С₀ + ДС sin Qt₇ ЭС преобразователь работает в ем­костных модуляторах и измерителях поверхностных зарядов (генера­торный режим). ЭС преобразователь емкостного модулятора в зави­симости от постоянной времени jRC-цепи (рис. 7-1) может работать в режиме заданного заряда при QRC 1 и заданного напряжения при QRC 1. В первом случае

т.-е. выходной величиной является переменная составляющая напря­жения Uс (или U_R). Во втором случае U_c = U_x = const; q = (C₀ + + ДС sin U_XJ т. е. выходной величиной, модулятора, пропорцио­нальной постоянному напряжению U_xt является ток i = dq/dt = = U&AC cos Qt.

В том же генераторном режиме работают и конденсаторные микро­фоны, преобразующие энергию акустических колебаний в электриче­скую. В этом случае U_x = U₀ задается от стабильного источника и переменная составляющая напряжения пропорциональна в зависимо­сти от режима перемещению-пластины конденсатора или скорости ее перемещения. -

Эквивалентная схема ЗС преобразователя, схематическая кон­струкция которого показана на рис. 7-2, а, приведена на рис. 7-2, б, В эквивалентной схеме учитываются емкость С₀ между электродами /и2, сопротивление /?_ут изоляции между электродами, сопротивле­ние г и индуктивность L кабеля /(, а также паразитная емкость С_п между электродами и заземленными деталями конструкции и между жилой кабеля К и его за­земленным экраном Э.

Влияние отдельных эле­ментов схемы учитывается в зависимости от конкретных обстоятельств. Так, при работе на низкой частоте сопротивление конденсатора велико и влияние индуктивности и сопро­тивления ввода не сказывается. При работе на высоких частотах сопротивление конденсатора падает и большую роль начинают играть индуктивность и сопротивление ввода, в то время как шунтирующее действие сопротивления утечки перестает сказываться. В этом слу_т чае удобнее последовательная эквивалентная схема преобразователя (рис. 7-2, е), где г_т — г и С_экв = С₀ + С_п. Влияние сопротивления утечки может быть учтено соответствующей добавкой в сопротивле­нии г_экп = г + 1/ (о>²С1кв^ут)- Действие индуктивности токопод- водов начинает сказываться обычно на частотах свыше 10 МГц..

В эквивалентной схеме ЭС преобразователя с диэлектриком должны быть учтены потери в последнем. Из-за потерь в ЭС преобразователе сдвиг фаз между напряжением и током оказывается меньше п/2 на угол потерь 6. Последовательная и параллельная схемы, учитываю­щие потери в диэлектрике, представлены на рис. 7-2, г. Эквивалент­ные сопротивления для этих схем выражают часто через приводимый в справочных данных тангенс угла потерь б как г_1эКБ = tg 6/ (соС_1экв) ^или #2ш= 1/(GW tg б). Емкости С_1экв и С_2экв связаны между собой зависимостью С_2экв = С_15КВ/ (1 + tg б), и, так как обычно tg6«Cl, ^их можно считать приблизительно равными: С_1экв ~ ~ С_2акв «С_зкв. В образцовых воздушных конденсаторах tg б не пре­вышает 5-10"⁵, так как определяется только потерями в изоляции между электродами и в материале, электродов.

В конденсаторах с диэлектриком угол потерь значительно больше и, кроме того, может зависеть от напряжения на конденсаторе, ча­
стоты, температуры и влажности. В частности, зависимость от влаж­ности настолько существенна, что на этом принципе строятся изме­рители влажности зерна и некоторых других сыпучих материалов.

В некоторых случаях при наличии диэлектрика между электро­дами преобразователя приходится считаться с тем, что после поля­ризации диэлектрики еще в течение какого-то времени (0,1—2 с) сохраняют заряд (абсорбция), что приводит к остаточным напряже­ниям, достигающим нескольких процентов от значения приложенного напряжения. Влияние абсорбции в эквивалентной схеме конденса­тора в первом приближении можно учесть включением параллельно емкости С₀ цепочки, состоящей из емкости С_а и сопротивления /?_я. Поэтому полная эквивалентная схема ЭС преобразователя может быть представлена в виде рис. 7-2, д.

Lc=4H Рис. 7-2

При работе ЭС преобразователей на постоянном токе нужно учи­тывать существующую между электродами контактную разность по­тенциалов (КРП), включаемую в эквивалентной схеме последовательно с емкостью. КРП зависит от природы материалов, свойств и чистоты поверхности и существует даже между электродами, выполненными из одного и того же материала. Так, между электродами, выполнен­ными из алюминия высокой чистоты, КРП может достигать 1 В. Лишь применение специальных мер позволяет снизить КРП до зна­чения 10—20 мВ.

Допустимое напряжение на конденсаторе определяется значением напряженности, при которой наступает пробой воздушного промежутка. Для воздуха при нормальном давлении и зазорах между пластинами 0,1—10 мм эта напряженность составляет 2—3 кВ/мм. При зазорах, меньших 0,1 мм, можно не снижать напряжения, так как при напря­жениях, меньших 350 В, воздушный промежуток вообще не пробива­ется независимо от длины зазора.

В ряде случаев напряжение питания ограничивается допустимыми силами электростатического притяжения между пластинами. В- оди­нарном преобразователе при диаметре пластины d = 25 мм, зазоре 6 = 0,1 мм и напряжении U = 50 В значение электростатической силы достигает f_9C = U4S/ (26)² = 6-10"⁴ Н.

В дифференциальном преобразователе с переменным зазором (см. рис. 7-9, д), силы, действующие между парами пластин, направ­лены встречно и компенсируют друг друга. Однако полная компен­сация возможна только, если входное сопротивление цепи, включенной в диагональ моста, бесконечно велико и рабочие емкости ничем не шун­тируются. В этом случае уменьшение или увеличение зазора вызывает пропорциональное уменьшение или увеличение напряжения между соответствующими пластинами; сила, действующая между ними, оста­ется неизменной, т. е. разность сил равна нулю независимо от пере­мещения средней пластины.

Зависимость емкости от внешних условий. Относительное изме­нение емкости С = е5/б определяется как у_с = у_е + y_s — Ye- Пло­щадь как правило, определяется линейными размерами, составляющи­ми 10—100 мм, и изменение этих раз­меров на 0,1—1 мкм вызывает пре­небрежимо малое изменение площа­ди S и емкости С.

Зазор б в ЭС преобразователях составляет 10 мкм — 1 мм, и его из-. 2 1 менения даже на 0,1 мкм могут вы- р_{ис 7}_₃

звать существенную погрешность.

Поэтому при конструировании ЭС преобразователей должны быть тщательно продуманы вопросы крепления электродов и защиты от выпадения на рабочих плоскостях электродов каких-либо осадков (герметизация, вакуумирование и т. д.). Одной из основных причин изменения зазора является изменение геометрических размеров, вызываемых линейным расширением материалов под действием тем­пературы.

В качестве примера на рис. 7-3 показан емкостный преобразователь для изме­рения давления. Подвижной пластиной 1 преобразователя служит мембрана, при­паянная к латунному корпусу, который ввинчивается в полость, где измеряется Дав­ление. Неподвижная пластина 2 выполнена в виде тонкой медной фольги, наклеен­ной на кварцевый изолятор. Зазор между пластинами составляет 20 мкм. Толщина кварцевой пластины 3 мм. Коэффициент линейного расширения (КЛР) для латуни, равен 18,9-10~⁶ К^-1, Для кварца 0,5-10~⁶ К^-1. Увеличение зазора при увеличении тем­пературы на один градус составляет Дб = (18,9 -Ь 0,5) Ю"⁶-3* 10~³ = 55,2-10~⁹ м = = 0,05 мкм. Полагая, что изменение зазора при действии номинального давления равно 10 мкм, можно оценить приведенную температурную погрешность значением 0,005 К"¹-

Очевидно, что эта погрешность слишком велика и конструкцию датчика, не­смотря на ее простоту, нельзя признать удачной.

Диэлектрическая проницаемость воздуха весьма стабильна и мало меняется под действием внешних условий: при изменении темпера­туры на 10 °С уе = 0,002%, при изменении влажности от 30 до 40%

Ye = 0*01%, при изменении давления на 10^в Н/м² у_Е = 0,06%. Стабильными диэлектриками являются также плавленый кварц (у_Е = = 5-Ю"⁶ К^-1) и стекло.

Диэлектрическая проницаемость ряда керамик, в особенности сегнетокерамик, наоборот, сильно зависит от напряженности приложенного электрического поля, температуры и гидростатического давления. На основе сегнетокерамических мате­риалов выпускаются различные типы варикондов — переменных конденсаторов с не­линейной зависимостью емкости от приложенного напряжения, используемых =в схемах допускового контроля напряжения, а также сегнетокерамические преобра­зователи реле контроля температуры. Достоинства сегнетокерамических преобразо­вателей — малое потребление мощности (сопротивление между электродами на пен стоянном токе 10⁸—10⁹ Ом) и, следовательно, малый самонагрев. Недостатками, мешающими пока их широкому использованию в измерительных цепях, являются плохая воспроизводимость характеристик у различных образцов и критичность к влиянию внешних факторов. Например, характеристики варикондов зависят от температуры, а температурные характеристики реле контроля температуры зависят от напряженности поля.

7-2. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В ВОЛЬТМЕТРАХ И ДАТЧИКАХ УРАВНОВЕШИВАНИЯ

Силы, создаваемые ЭС преобразователями, чрезвычайно малы и на несколько порядков меньше сил, которые можно получить в элек? тромагнитных преобразователях. Однако ЭС преобразователи обла­дают рядом ценных качеств, которые обусловливают их применение в вольтметрах.

Во-первых, как видно из формулы вращающего момента ЭС пре­образователя М_вр — ⁱ/₂U^zdC/da, вращающий момент пропорционален квадрату напряжения как постоянного, так и переменного тока. Уменьшение напряжения на пластинах преобразователя (см. рис. 7-2) и, следовательно, частотная погрешность начнут проявляться только на частотах, при которых заметно падает напряжение на сопротивлении ввода г = ]/7® + oi®ZJ.

Сопротивление г незначительно, и им обычно можно пренебречь: Поэтому частотная погрешность может быть оценена формулой y_f —

= = to²LC. Обозначив 1 /]/LC = a)₀, выражение для погреш­

ности приведем к виду y_f = (о/со₀)² = (///₀)². Частота /₀ лежит обычно в пределах 30—100 МГц. Соответственно при y_f = 1% верх­няя граница частотного диапазона ЭС преобразователей составляет 3—1 МГц, и эти преобразователи используются в вольтметрах с широ­ким частотным диапазоном.

Во-вторых, ЭС преобразователь, обладая высоким входным сопро­тивлением, потребляет исключительно малую мощность: на постоян­ном токе его входное сопротивление R_BK = 10⁹-И0^а Ом, на перемен­ном токе Z_BX ^ 1/(/соС). Если учесть, что входная емкость пре­образователя не превышает 10—100 пФ, его сопротивление даже при частоте f = 1 МГц составляет не менее 10—1 кОм.

Наконец, в уравнение преобразования напряжения в силу или вращающий момент входят только стабильные величины — диэлек­трическая проницаемость воздуха е₀ и геометрические размеры, по­
этому принципиально ЭС преобразователь обладает очень высокой точностью. Эти ценные качества обусловили, несмотря на малость создаваемых вращаю- ^^

щих моментов, широкое применение электроста- тических вольтметров ^ ^л

с пределами измерения 10 В — 100 кВ.

Схематическая кон­

струкция механизма электростатического во­льтметра С95 приведена на рис. 7-4. На стойке 2 укреплен на изоля­ционной колонке 11 не­подвижный электрод 10, представляющий собой камеру из двух парал­лельных пластин. Меж­

ду этими пластинами находится подвижный электрод 9. Подвижный электрод монтируется на оси 7, на этой же оси прикреплено зеркало 8. Подвижная часть кре­пится на двух растяж­ках 1. Растяжки кре- ^Рис- ^7-4 пятся к амортизацион­ным пружинам со втулками 5. На стойке укреплен поводок коррек* тора 4_У ограничитель смещения подвижной части 6 и магнит успокои­теля 3.

Вращающий момент = Противодействующий мо­

мент УИ_пр = Wa, где W — удельный противодействующий момент растяжек. Таким образом, угол поворота подвижной части

U² е₀ dS, ^а~2W d da *

Шкала электростатических приборов принципиально нелинейна, линеаризации шкалы добиваются выбором специальной формы элек­тродов. Для приборов с меняющейся площадью шкала будет близка к линейной, если удастся выбрать форму электродов так, что в рабо­чем диапазоне dS/da ^ kla.

Вследствие того что вращающие моменты электростатических измерительных механизмов очень малы, для всех конструкций харак­терен световой отсчет (стрелка в виде луча света) и крепление подвиж­ной части на растяжках, причем одна из растяжек используется как токоподвод к подвижному электроду. В приборах применяются как

воздушные, так и магнитоиндукционные успокоители, хотя в отдель­ных случаях достаточное успокоение создается уже самим подвиж­ным электродом при движении его в узком зазоре между неподвиж­ными электродами. Очень большое внимание при конструировании уделяется стабильности размеров, которые определяют геометрические параметры, входящие в выражение для вращающего момента. Нако­нец, ЭС преобразователь дол­жен быть защищен от внешних электрических полей, поэтому в электростатических приборах, применяется либо специальный экран, либо металлический кор­пус.

Форма электродов, приведен­ная на рис. 7-4, используется в вольтметрах с пределами изме­рения до 1 кВ.

Совершенно особую конст- - рукцию имеют ЭС преобразо­ватели, к которым подается на­пряжение 10—100 кВ. Внешний вид такого прибора и схемати­ческая конструкция механизма показаны на рис. 7-5.

Высоковольтный потенциаль­ный электрод 7, размеры и фор­ма которого рассчитываются из условий электрической прочно­сти, закреплен на опорном изо­ляторе и находится на некото­ром расстоянии от второго элек­трода 2 (рис. 7-5, а). В электро­де 2, который служит экраном, расположена подвижная часть и шкала измерительного меха­низма. Экран 2 электрически соединен с подвижным электро­дом 3, закрепленным на растяж­ках 4 (рис. 7-5, б). В экране, в области электрода 3, сделаны окна, форма и размер которых определяют шкалу измерительного прибо­ра, так как только через эти окна электростатическое поле электро­да 1 проникает через экран 2 и взаимодействует с подвижным элек­тродом 3, создавая вращающий момент.

Рис. 7-5

Электрометры. Схематическая конструкция и эквивалентная схема электрометра, называемого бисквитным, показаны на рис. 7-6, а, б. ЭС преобразователь электрометра состоит из четырех попарно сое­диненных неподвижных электродов 2 и 3 и находящегося между ними подвижного электрода 1. Система электродов окружена экра­ном 4. Измеряемое напряжение U_x подключается между электродом /

и экраном 4. Источники дополнительного напряжения подключаются к неподвижным электродам 2 и 3 и общей шине, соединенной с экра­ном. Емкостные связи между отдельными элементами системы электро­дов показаны на рис. 7-6, б. Энергия электрического поля такой систехмы определяется формулой

W_b = 0,5 {[С_ыи_и + С_и {U₁₄ - и_2Л) + С_гз («/„ - i/_H + + 24 + С₂₁ (£/„ - t/₁₄) + Си (t/_M - ^34)] + +[C_3iu_si+с₃₁ (£/_м -1/₁₄)+с₃₂ (f/_a4 - г/_м)] ад

Учитывая, что емкости между неподвижными электродами С₂₃ и С₃₂, а также между неподвижными электродами и корпусом С₂₄

"2________________________________________________________

I ] I

^{1 1} 12^х

⁼i^=CU \ \ =т

д

и С₃₄ остаются неизменными, вращающий момент можно выразить формулой

Jk\/7² —

/ас_м

Емкость между подвижным электродом и экраном С₁₄ пренебре­жимо мала, так как они разделены неподвижными электродами. Про­изводные dC_l2/da и dC_l3/da противоположны по знаку, но равны

_А дС19 | I дСis по значению с погрешностью А = —

обстоятельства, получим для случая U^ = (— U34:

м = 2^ и_ии₂,₄ ± А <1/_м+1/«)^в ±

^(£/₂₄ + £/₁₄) = М₀:±ДЛ1

Из этой формулы видно, что а) электрометр может быть исполь­зован в качестве множительного преобразователя X и Y, если за­
дать U_14: — k_xY и U2i = б) в электрометре можно обеспечить линейную зависимость между М₀ и t/_v = U_u> если использовать вспомогательный источник с заданным напряжением U_Q = U._2i; в) чувствительность электрометра к напряжению U_x можно повышать путем увеличения напряжения (У₀, однако при этом при заданных

несимметриях т = ^ _р _ дц/и₀ и U_x с U₀ возра­

стает погрешность электрометра у — Д М/М₀ = (/₀(±m± 2р) / (4t/_v).

. Электростатические обратные преобразователи. Принцип действия электростатического обратного преобразователя (ЭСОП) основан на возникновении силы между электрически заряженными телами. Сила взаимодействия между двумя пластинами конденсатора (рис. 7-7) F = еSW (26«), где <7 — напряжение между пластинами; 6₀ — за­зор; S — площадь пластин; г — диэлектрическая проницаемость среды.

ЭСОП нашли применение в приборах уравновешивания для изме­рения давления. Давление, создаваемое ЭСОП, составляет Рр = = -eU²/ (26й). Отношение UIб₀ ограничено возможностью пробоя (см. § 7-1), соответственно ограничено и давление, создаваемое ЭСОП, максимальное значение давления Яр = 100 Па.

Динамические конденсаторы, или емкостные вибрационные пре­образователи, применяются при измерении мало меняющихся во вре­мени малых токов или напря­жений от источников с большим внутренним сопротивлением.

Схематическая конструкция динамического конденсатора мембранного типа с электро­статическим возбуждением при­ведена на рис; 7-8. Неподвиж­ные электроды 1 и 2 укреплены на изоляторах 3. Мембрана 4 служит подвижным электродом. К электроду 1 через резистор подводится измеряемое напряжение U_x. К электроду 2 подводится возбуждающее переменное напряже­ние ■= U_m sin со^, лод действием которого между электродом 2 и мембраной 4 возникает электростатическая сила

Р dW₃ д (СС/²/2) __ Ц* дС _ дЪ ~ дб ~ 2 дд> ~~

= у u*_m sin² cot = ^ ^ (1 - cos 2(0/).

Эта сила вызывает постоянное смещение мембраны и ее вибрацию с частотой 2(0. Таким образом, зазор между электродом /.и мембра­ной 4 также изменяется с частотой 2ю и может быть определен фор­мулой б_г = 6₀₁ + 6_m cos 2шt, где б₀₁ — средний зазор. Емкость кон­денсатора, образованного электродом 1 и мембраной 4, меняется как

| _Cos2(o//6 * • ПР^И включении конденсатора С_± в режиме заданного заряда (см. рис. 7-1), т. е. при обеспечении условия

Ce^Rj (Ri + Я_н)> 1/(2co), напряжение на обкладках конденсатора меняется как U_Cl = U_XC_QXIC_X = Ux (1 + cos 2&tf/6₀₁).

Конденсатор C₃ отфильтровывает постоянную составляющую, и выходное напряжение динамического конденсатора пропорциональ­но и_х и изменяется с частотой 2 со, £/_вых = kU_x cos

Коэффициент преобразования k~ U_{m BWX}/U_x составляет обычно не более 0,1—0,2.

Мощность, потребляемая динамическим конденсатором от источ­ника измеряемого напряжения, определяется сопротивлением изо­ляции конденсатора, т. е. R_yl, В качестве изоляторов применяется алундовая и цель- зеиновая керамика. Сопротивление R^ со­ставляет 10¹⁴ — 10" Ом.

В качестве систем возбуждения исполь­зуются системы электромагнитного, электро­статического и пьезоэлектрического типов. Технологически трудно исключить все па­разитные связи и добиться полной развяз­ки между электрической цепью системы воз­буждения и выходной цепью преобразовате­ля. Поэтому в выходном напряжении пре­образователя присутствует помеха, частота которой равна частоте напряжения возбуж­дения. Для уменьшения этой помехи путем фильтрации необхо­димо, чтобы частоты выходного сигнала и возбуждающего напря­жения не совпадали. В рассматриваемом преобразователе, например, эти частоты отличаются в два раза.

Наиболее существенной погрешностью преобразователя является дрейф напряжения между электродами конденсатора, называемый дрейфом нуля. На величину дрейфа наибольшее влияние оказывает нестабильность контактной разности потенциалов (см. § 7-1), которая даже при применении всех мер стабилизации составляет 50—200 мкВ в сутки.

В качестве примера приведем технические характеристики преобразователя типа ДРК-3: С₀ = (15 ±5) пФ; /?_ут = Ю¹⁴ Ом; k= 0,2; f_p = 285 Гц; Р_80Эб = = 15 мВт; (/_др (/) = 250 мкВ/сут; *У_др (О) = 40 мкВ/К.

I 7-3, ЕМКОСТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Конструкции емкостных преобразователей. На рис. 7-9, а пока­зано устройство емкостного преобразователя для измерения уровня. Преобразователь состоит из двух параллельно соединенных конден­саторов: конденсатор С_г образован частью электродов и диэлектри­ком — жидкостью, уровень которой измеряется; конденсатор С₀ — остальной частью электродов и диэлектриком — воздухом. Емкость

2л

преобразователя С = С_г + С₀ = [/е + (/₀ — 0 £₀] _1п» ^где ~~ ^пол~

Рис. 7-8

ная длина цилиндра; I — длина, на которую цилиндр заполнен
жидкостью; е — диэлектрическая проницаемость жидкости; R_t и R₂ — радиусы внешнего и внутреннего цилиндров.

На рис. 7-9, б изображен емкостный зонд для измерения уровня проводящей жидкости. Емкостный зонд был предложен для измере­ния высоты волн и представляет собой остеклованный электрод 1. Электродом 2 служит проводящая жидкость, которая присоединяется к измерительной цепи при помощи электрода 3.

2зт8

Емкость С = / _ln» ^где ^ — глубина погружения; е — ди­

электрическая проницаемость стекла; R_t и R₂ — внешний и внутрен-

Рис. 7-9

ний радиусы стеклянного покрытия. Вместо специального электрода может быть использован кусок провода, покрытого изоляцией, не сма­чиваемой жидкостью.

На рис. 7-9, в показан принцип устройства емкостного преобра­зователя для измерения толщины ленты из диэлектрика. Испытуемая лента 1 протягивается с помощью роликов 2 между обкладками 3 конденсатора. Если длину зазора между обкладками конденсатора обозначить 6, площадь обкладок 5, толщину ленты и ее диэлек­трическую проницаемость е_л, то емкость С можно выразить какС =