1. Принцип действия. Типы емкостных датчиков

Работа емкостных датчиков заключается в преобразовании измеряемой величины в емкостное сопротивление. Поэтому емкостные датчики относятся к параметрическим. Принцип действия емкостных датчиков основан на зависимости емкости конденсатора от размеров обкладок, расстояния между ними, диэлектрической проницаемости среды между обкладками.

Емкость конденсатора, имеющего две плоские обкладки,

(1)

где ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; ε₀ — диэлектрическая постоянная (Ф/м);s — площадь обкладок; d — расстояние между обкладками.

Из (1) следует, что изменение емкости конденсатора может происходить из-за изменения любой из трех величин: d, s, e. Наибольшее распространение получили емкостные датчики, измеряющие линейные перемещения. На рис. 1, а, б показаны схема емкостного датчика линейного перемещения и зависимость емкости датчика от входного сигнала — перемещения х.

На рис. 2, а, б показаны схема емкостного датчика углового перемещения и зависимость емкости датчика от входного сигнала — угла поворота α. В этом датчике емкость изменяется из-за изменения площади взаимного перекрытия двух обкладок — пластин 1 и 2. Одна из пластин (1) неподвижна, другая (2) — может поворачиваться на оси относительно пластины 1. Расстояние между пластинами не меняется, при повороте пластины 2 меняется активная площадь между пластинами 1 и 2 (на рис. 2, а отмечена штриховкой).

Рис. 1. Емкостный датчик линейного перемещения

Рис. 2. Емкостный датчик углового перемещения

На рис. 3 показан емкостный датчик уровня. В этом датчике емкость изменяется в зависимости от уровня жидкости, поскольку изменяется диэлектрическая проницаемость среды между неподвижными пластинами.

Рис. 3. Емкостный датчик уровня

Емкостные датчики используются в цепях переменного тока. Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте питания: , где— угловая частота;f— частота, Гц.

При малой частоте питания емкостное сопротивление настолько велико, что изменение тока в цепи с емкостным датчиком очень трудно зафиксировать даже высокочувствительным прибором. Применение емкостных датчиков предпочтительнее при питании повышенной частотой (400 Гц и больше).