Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. A kapacitív jelátalakítók feladata az elmozdulás, hosszúság, szögelfordulás átalakítása kapacitássá. Kapacitív érzékelő blokkvázlata ε0 = 8,85 . 10 -12 [A.s / V.m] ε = εr . ε0 ”A” a kondenzátor felülete (m2) „δ” delta a lemezek távolsága (m) C = ε . G „G” geometriai tényező 4.2 ábra.Néhány kapacitív megoldás. A permittivitást az anyag azon képessége határozza meg, hogy az mennyire képes polarizálódni a tér hatására, és így csökkenteni a teljes elektromos teret az anyagon belül. Úgy is mondhatjuk, hogy a permittivitás megmutatja az anyag képességét az elektromos mező átadására. A relatív permittivitás másik elnevezése a dielektromos állandó egy kondenzátor kapacitásának aránya ahhoz képest, hogy ha ugyanez a kondenzátor lemezei között vákuum lenne, azaz a relatív dielektromos állandó azt mutatja meg, hányszorosára nő egy kondenzátor kapacitása, ha a fegyverzetei közötti teret vákuum helyett a vizsgált dielektrikummal töltjük ki. Vákuum X=0 Szuszceptibilitás Az SI rendszerben a permittivitás (ε) egysége a (F/m)

Automatikai építőelemek 6.

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Rétegkapacitások típusai Az ipari méréstechnikában gyakran alkalmazzák a dielektrikumok rétegzésével kialakított kapacitív átalakítókat. - hosszirányú rétegződés esetén: - keresztirányú rétegződés esetén: Villamos térerő: „E” az a fajlagos erő, amely a villamos mező különböző pontjaiban lévő egységnyi töltésre hat Elterjedten alkalmazzák a geometriai tényező változásán alapuló kapacitás változást alkalmazó átalakítókat. A „G” geometriai tényező: vagyis láthatóan ennek változása a felület és az elektródák távolságának változtatásával idézhető elő.

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. A gyakorlatban alkalmazott kapacitív átalakítók

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. A gyakorlatban alkalmazott kapacitív átalakítók

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. 1. Egyszerű síkkondenzátor A kapacitás az alábbi kifejezés szerint számítható. Ez azonban valójában csak közelítés, mert az elektromos tér a széleken nem homogén, hanem szóródik. A karakterisztika nemlineáris, pontosabban hiperbolikus, ezért ezt a megoldást hiperbolikus átalakítónak is nevezik. Hiperbolikus kapacitív érzékelő Alkalmazásának két fő területe van: 1. kis elmozdulások érintkezés nélküli leképezése 2. nyomás/nyomáskülönbség leképezése 1. Elmozdulásmérő hiperbolikus kapacitív átalakítók Olyan síkkondenzátorok, amelyeknek egyik – rögzített – fegyverzetét a mérendő mozgó géprész előtt adott távolságra helyezik el a másik fegyverzet, pedig maga a mozgó géprész Az ebben az esetben a kondenzátor fegyverzetei párhuzamosak maradnak egymással, így leképzést kizárólag a kondenzátor villamos tere valósítja meg. A hiba általában kisebb 1%-nál. Karakterisztika linearizálás!

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. 2. Nyomásmérő hiperbolikus kapacitív átalakító Hiperbolikus kapacitív nyomásérzékelő Működése: Az 1 fémmembrán terheletlenül párhuzamos a 2-es ellenfegyverzettel. A köztük levő távolság” X0”. Ha a 3-nyiláson a 4-mérőkamrába „p” nyomást vezetünk, akkor az 1-es membrán deformálódik és csökken a távolság az 1 és 2 fegyverzet között, így a kapacitás is változik. Megjegyezzük, hogy nyomáskülönbség is mérhető, ha a 6 ellennyomás kamrába is vezetünk nyomást A teljes kapacitás! A karakterisztika! A membrán lehajlása! Célszerű a közvetlen hitelesítés!

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Síkkondenzátor Az egyszerű síkkondenzátor működését légrés (+- δ delta) változás esetében az alábbi ábra mutatja: Síkkondenzátor A síkkondenzátor kapacitását a következő gyakorlati módon is számíthatjuk :

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Egyszerű differenciálkondenzátor Az ábra jelölései: „d0” közepes nyugalmi elektróda távolság, a „d1” és a „d2” adott elektródatávolságok - amelyek változnak – és „C1”, „C2” kapacitások. Ezt a változatot mindig hídkapcsolásba kötjük, két azonos nagyságú impedanciát is alkalmazva hídban. A híd kimenő feszültsége ahol: „δ”- a középhez viszonyított elmozdulás.

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Változó felületű differenciálkondenzátor Kialakítása az ábrán látható, ahol „A1” és „A2” az álló elektródának a mozgó elektródával szemben álló felületét, „φ” a szögelfordulást és „C1” ill. „C2” a kapacitásokat és „d” a lemezek közötti távolságot jelentik. A széleknél a mező inhomogén ezért ezt egy szórt kapacitással vesszük figyelembe. Változó felületű differenciálkondenzátor 2. Az „Aeff” a mozgó elektróda hasznos felülete A híd kimenő feszültsége

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Forgókondenzátor Forgókondenzátor Felépítése az ábrán látható, amely jelölései: „d” lemezek távolsága, „A” a lemezek szembenálló felülete, „φ” szögelfordulás és „n” a légrések száma. s/d f(s/d) 0,02 0,098 0,06 0,23 0,1 0,335 0,4 0,84 1,0 1,39 1,4 1,63 ahol: A = r2 . π, „r” - elektróda sugara, „s” - lemezek távolsága és f (s/d) az 1. táblázat

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Hengerkondenzátor Hengerkondenzátor A hengerkondenzátor közös jellemzője, hogy az elektródák állnak és a köztük lévő teret mozgó folyadék tölti ki. Elvi felépítése az ábrán látható. Dielektromos tényező változásán alapuló átalakító ΔD = D2 –D1

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Síkkondenzátoros kapacitív átalakító állítható dielektrikummal Síkkondenzátoros kapacitív átalakító állítható diektrikummal ahol: a „b” és „h” az átalakító lemezeinek lineáris mérete. hogy „ε1 = 1” és „h1 = h-h2” továbbá, hogy ε = ε2 és „δ” - fegyverzetek távolsága

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Síkkondenzátoros kapacitív átalakító dielektrikum rétegvastagsággal Az olyan átalakítókat, ahol a dielektrikum rétegvastagsága változik és fedősíkja az elektródák síkjával párhuzamos, folyékony dielektrikumok esetén alkalmazzák. Az ilyen átalakító olyan kondenzátorra hasonlít, amelynek két réteg dielektrikuma van. Síkkondenzátor dielektrikum rétegvastagsággal

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Szilárd dielektrikummal rendelkező átalakítók A hengeres szilárd dielektrikummal – csúsztatható - rendelkező átalakító elvi kialakítása az ábrán látható. Látható, hogy a dielektrikum szilárd és hengeres kivitelű. Ezzel a megoldással lineáris kapacitásváltozás hozható létre. Nagyobb elmozdulások esetén használják. „C1” - „x” hosszúságú levegőszigetelésű kondenzátor, „C2” - εr relatív permeabilitású dielektrikummal kitöltött rész kapacitása, C3 = (l-x) hosszúságú levegőszigetelésű rész kapacitása.

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. C (x) = A . x + B „A” a hosszegységre eső kapacitásváltozás, „B” a levegőszigetelésű elrendezés kapacitása.

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. Változó felületű higanyos hengerkondenzátor . Változó felületű higanyos, hengeres kondenzátor Elrendezés az alábbi ábrán látható, melynek jelölései: „D1” és „D2” a belső és külső fegyverzet átmérője, „εr” a szigetelő cső dielektromos állandója, „h” higanyoszlop magassága, „H” a teljes magasság és „C” a kapacitás. E jelölésekkel a kapacitás a következő módon határozható meg: ahol: „εr” - a cső falának dielektromos állandója, „Cs” - állandó értékű szórt kapacitás, „h” - higany magassága.

Automatikai építőelemek 6. Kapacitív jelátalakítók. U alakú cső alkalmazása higanyos differenciálkondenzátorként U csöves higanyos differenciálkondenzátor Általában „H” az elektródák teljes hossza, „h” középhelyzettől mért szinttávolság, a „C1” és „C2” kapacitások. A kapacitás értékei, ha a középhelyzet H/2 – nél van: : „É” - érzékenység, „h” - középhelyzettől mért szinttávolság. Mindig hídkapcsolást kell alkalmani, így a feszültség Az első kettőt beírva a harmadikba Látható a kifejezésből, hogy a kimeneti feszültség a „h” szintkülönbség lineáris függvénye.

Automatikai építőelemek 6. Köszönöm a megtisztelő figyelmet