traductoare de deplasare

32
3. Traductoare de deplasare 3.1. Noţiuni introductive Prin deplasare se înţelege o mărime care caracterizează schimbările de poziţie ale unui corp sau ale unui punct caracteristic faţă de un sistem de referinţă. Poziţia reprezintă localizarea spaţială a punctului sau a corpului în raport cu sistemul de referinţă. Separarea spaţială dintre două puncte reprezintă distanţa dintre cele două puncte. Situarea la foarte mică distanţă a unui corp (punct) faţă de un reper fix poartă numele de proximitate. Deplasările pot fi liniare, când corpul (punctul caracteristic) efectuează o mişcare de translaţie şi sunt reprezentate de un vector a cărui direcţie rămâne aceeaşi pe tot timpul mişcării, sau unghiulare, când corpul (punctul) se roteşte şi sunt reprezentate de unghiul dintre doi vectori coplanari, dintre care unul de regulă reprezintă referinţa. Deplasarea simultană (liniară sau circulară) a unui punct pe diferite axe în raport cu un sistem de coordonate poartă numele de traiectorie; traiectoriile pot fi plane sau spaţiale. Măsurarea distanţelor şi unghiurilor (mărimilor geometrice) între diferite puncte fixate pe un corp permite precizarea dimensiunilor corpului. În categoria măsurărilor de mărimi geometrice se pot include şi măsurările de 33

Upload: adi-baban

Post on 21-Dec-2015

69 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

traductoare de deplasare

TRANSCRIPT

Page 1: Traductoare de Deplasare

3. Traductoare de deplasare

3.1. Noţiuni introductive

Prin deplasare se înţelege o mărime care caracterizează schimbările de poziţie ale unui corp sau ale unui punct caracteristic faţă de un sistem de referinţă. Poziţia reprezintă localizarea spaţială a punctului sau a corpului în raport cu sistemul de referinţă.

Separarea spaţială dintre două puncte reprezintă distanţa dintre cele două puncte. Situarea la foarte mică distanţă a unui corp (punct) faţă de un reper fix poartă numele de proximitate. Deplasările pot fi liniare, când corpul (punctul caracteristic) efectuează o mişcare de translaţie şi sunt reprezentate de un vector a cărui direcţie rămâne aceeaşi pe tot timpul mişcării, sau unghiulare, când corpul (punctul) se roteşte şi sunt reprezentate de unghiul dintre doi vectori coplanari, dintre care unul de regulă reprezintă referinţa. Deplasarea simultană (liniară sau circulară) a unui punct pe diferite axe în raport cu un sistem de coordonate poartă numele de traiectorie; traiectoriile pot fi plane sau spaţiale.

Măsurarea distanţelor şi unghiurilor (mărimilor geometrice) între diferite puncte fixate pe un corp permite precizarea dimensiunilor corpului. În categoria măsurărilor de mărimi geometrice se pot include şi măsurările de rectiliniaritate (abaterea faţă de o direcţie de referinţă), de planeitate (abaterea faţă de o suprafaţă de referinţă), de rugozitate (aprecierea abaterilor dimensionale ale suprafeţei unui corp în raport cu o cotă de referinţă).

Unitatea de măsură pentru deplasările liniare este metrul (m). Pentru deplasările unghiulare se foloseşte gradul (0) (sexazecimal), sau radianul (rad). Esenţială în determinarea valorilor mărimilor semnalate este măsurarea deplasărilor liniare sau unghiulare; de asemenea, aceste deplasări permit măsurarea mai multor mărimi la care efectul se materializează prin modificarea poziţiei unui punct (suprafaţă, corp) în raport cu un sistem de referinţă: de exemplu, presiuni, forţe, nivel, temperaturi, etc.; de regulă, acestea sunt caracterizate prin deplasări mici.

De aceea, dată fiind şi diversitatea elementelor sensibile, este rezonabil ca traductoarele de deplasare să fie grupate în funcţie de domeniul de măsură în:

33

Page 2: Traductoare de Deplasare

- traductoare pentru deplasări liniare mici (până la ordinul sutelor de milimetri);- traductoare pentru deplasări liniare mari (de ordinul metrilor şi zecilor de metri);- traductoare pentru deplasări unghiulare;- traductoare pentru proximitate;- traductoare pentru controlul activ al mărimilor geometrice.

O problemă specifică a traductoarelor de deplasare se referă la asocierea acestora cu sistemele de cuplare la mărimea de măsurat, care pot fi atât liniare, cât şi rotative. Din acest punct de vedere se deosebesc variante de măsurare directă (deplasare liniară prin translaţie; deplasare unghiulară prin rotaţie) şi variante de măsurare indirectă (de exemplu, deplasare unghiulară pentru caracterizarea unei deplasări liniare).

3.2. Traductoare de deplasare potenţio-metrice

Traductoarele de deplasare potenţiometrice fac parte din categoria traductoarelor parametrice şi sunt folosite pentru măsurarea deplasărilor liniare sau unghiulare. Traductorul de deplasare potenţiometric se compune din: corpul potenţiometrului 1, elementul de rezistenţă 2 şi cursorul 3, figura 3.1.

Fig. 3.1. Traductor de deplasare potenţiometric

Corpul 1 al potenţiometrului este confecţionat dintr-un material izolator şi poate avea formă liniară sau circulară. Elementul de rezistenţă 2 este uniform bobinat pe corpul potenţiometrului 1.

12 3

12

3

x

34

Page 3: Traductoare de Deplasare

Rezistenţa electrică R a înfăşurării traductorului de deplasare potenţiometric este dată de relaţia

(3.1)

în care, este rezistivitatea, l– lungimea elementului de rezistenţă şi S – secţiunea conductorului.

Traductorul de deplasare potenţiometric trebuie alimentat de la o sursă de tensiune constantă U, de curent continuu sau curent alternativ şi poate fi utilizat conform schemei din figura 3.2.

Fig. 3.2. Schema de utilizare a unui traductor potenţiometric

Mărimea de intrare este deplasarea X a cursorului faţă de unul din capetele elementului de rezistenţă, iar mărimea de ieşire Y poate fi considerată una din mărimile: rezistenţa , tensiunea sau curentul prin rezistenţa de sarcină . Traductorul de deplasare potenţiometric este reprezentat schematic în figura 3.3.

Fig. 3.3. Traductor potenţiometric

Dacă potenţiometrul din figura 3.2 lucrează în gol, adică rezistenţa lui de sarcină este infinit de mare ( ), atunci tensiunea la bornele de ieşire va fi dată de relaţia:

U L

Rx X Ux Rs

R

IIs

Traductor potenţiometric

X YRx, Ux, Is

35

Page 4: Traductoare de Deplasare

(3.2)

Dacă se presupune că potenţiometrul este uniform bobinat, iar elementul de rezistenţă are parametrii de material constanţi (=cst şi S=cst), pe toată lungimea l din relaţia (3.1), se poate scrie relaţia echivalentă:

(3.3)

în care L este deplasarea maximă pe care o poate măsura traductorul potenţiometric. Relaţia (3.2) devine:

(3.4)

în care este factorul de transfer (sensibilitatea) traductorului.

Caracteristica statică a traductorului de deplasare potenţiometric pentru este reprezentată în figura 3.4.

Fig. 3.4. Caracteristica statică a traductorului potenţiometric

Din forma caracteristicii statice se observă că traductorul de deplasare potenţiometric nu furnizează prin tensiunea de ieşire şi informaţia privind sensul deplasării cursorului faţă de origine.

Ux

U

Rs=

XL

36

Page 5: Traductoare de Deplasare

Pentru sesizarea sensului deplasării cursorului faţă de origine se utilizează un potenţiometru de construcţie specială cu schema prezentată în figura 3.5.

Fig. 3.5. Traductor potenţiometric sensibil la sensul deplasării

Tensiunea de ieşire se obţine între cursorul potenţiometrului şi o bornă legată la priza mediană a potenţiometrului situată la distanţa L/2. Traductoarele potenţiometrice pot fi excitate (alimentate) atât în curent continuu cât şi în curent alternativ. În cazul excitării cu tensiune continuă pentru traductorul potenţiometric sensibil la sensul deplasării se obţine caracteristica statică din figura 3.6. Se constată că, în acest caz, se obţine o caracteristică statică simetrică.

Fig. 3.6. Caracteristica statică a traductorului potenţiometric sensibil la sensul deplasării

Dacă traductorul potenţiometric este alimentat cu o tensiune alternativă sinusoidală, la ieşire se va obţine tot o tensiune sinusoidală, cu amplitudinea dependentă, după legea (3.4), de deplasarea cursorului.

Ux

L/2

L/22

U

+

_

Ux

U/2

-U/2

L/2-L/2

X

37

Page 6: Traductoare de Deplasare

În cazul alimentării traductorului potenţiometric în curent alternativ frecvenţa sursei de alimentare trebuie să fie de 10 ÷ 20 de ori mai mare decât frecvenţa maximă de variaţie a deplasării X a cursorului.

Referitor la precizia potenţiometrelor se precizează că ele pot prezenta erori constructive şi erori datorită rezistenţei de sarcină.

Dintre erorile constructive se remarcă mai întâi eroarea de liniaritate, care se referă la abaterile caracteristice statice reale (curba 2) faţă de caracteristica statică teoretică (curba 1) din figura 3.7.

Fig. 3.7. Caracteristici statice ale traductorului potenţiometric1- caracteristica teoretică; 2 – caracteristica reală.

Aceste abateri se pot datora: dimensiunilor neuniforme, neomogenităţii materialului firului de rezistenţă, excentricităţii cursorului, etc. În consecinţă se obţine o caracteristică statică neliniară, ca în figura 3.7 (curba 2). Pe baza cunoaşterii caracteristicii reale şi a celei teoretice se pot defini erorile maxime de deplasare şi de liniaritate sau . Cu ajutorul acestora se poate defini clasa de precizie a traductorului pe baza relaţiei:

(3.5)

Potenţiometrele de precizie se încadrează în clasele de precizie:

I – cu ρ≤0,25%;II – cu 0,25%<ρ≤0,5%;III – cu 0,5%<ρ≤1%.

Ue

U

LX

12

Xm

Um

38

Page 7: Traductoare de Deplasare

Cea de-a doua eroare constructivă, numită eroare de discontinuitate, se datoreşte bobinării potenţiometrelor.

În timpul deplasării cursorului, rezistenţa potenţiometrului nu variază în mod continuu ci în trepte, datorită trecerii cursorului de pe o spiră pe alta. În consecinţă tensiunea de ieşire variază ca în figura 3.8.

Fig. 3.8. Eroarea de discontinuitate a traductorului potenţiometric

Prezenţa erorii de discontinuitate determină atât clasa de precizie a traductorului (prin valorile L/w şi U/w – unde w este numărul de spire) cât şi, în unele sisteme automate, apariţia unor oscilaţii nedorite.

Pentru micşorarea erorii de discontinuitate este necesar ca rezistenţa unei spire să fie cât mai mică posibil, ceea ce implică un suport cu diametru mic.

O altă sursă de erori importante, care apar în timpul utilizării potenţiometrelor, este eroarea datorată valorii finite a rezistenţei de sarcină. Astfel dacă se presupune că potenţiometrul lucrează pe o rezistenţă de sarcină de valoare finită, , pentru expresia tensiunii de ieşire se obţine relaţia:

(3.6)

unde β=Rs/R, iar celelalte notaţii corespund figurii 3.2.Relaţia (3.6) exprimă o dependenţă neliniară, reprezentată în

figura 3.9 pentru câteva valori ale rezistenţei de sarcină .

Ux

U/w

0X

L/w

39

Page 8: Traductoare de Deplasare

Se observă din figura 3.9 că cu cât valoarea rezistenţei de sarcină este mai mică cu atât caracteristica statică este mai neliniară.

Fig. 3.9. Dependenţa caracteristicii statice a traductoruluipotenţiometric de resistenţa de sarcină:

În cazul prezenţei unei rezistenţe de sarcină de valoare finită potenţiometrul poate fi considerat ca element liniar numai în domeniul unor deplasări mici, factorul de transfer variind în limite foarte mari, în funcţie de poziţia punctului de funcţionare.

Pentru realizarea unui element de comparaţie se folosesc două traductoare potenţiometrice identice montate ca în figura 3.10. Unul din cursoare se leagă cu axul de referinţă, iar celălalt cu axul de ieşire.

Fig. 3.10. Element de comparaţie realizat cu traductoare potenţiometrice

Atâta timp cât cele două cursoare ocupă poziţii identice tensiunea de ieşire . Dacă cursoarele ocupă poziţii diferite la ieşire se obţine un semnal , cu dependenţa funcţională dată în figura 3.6.

Ux

U

Rs=

Rs1

Rs2

Rs3

XL

U

P1

X1

Ux L

X2

P2

40

Page 9: Traductoare de Deplasare

În acest caz reprezintă distanţa dintre poziţiile cursoarelor celor două traductoare, iar , relaţia (3.4).

3.3. Traductoare de deplasare inductive

Traductoarele de deplasare inductive sunt traductoare de tip parametric. Pentru transformarea mărimii mecanice în semnal electric la traductorul de deplasare inductiv se foloseşte variaţia inductivităţii proprii a unor bobine cu întrefier variabil. Traductoarele de deplasare inductive utilizate în automatizări funcţionează cu tensiuni de alimentare alternative cu frecvenţe de la 50 Hz până la câţiva KHz.

În figura 3.11 este prezentată schema unui traductor inductiv elementar, compus dintr-un circuit magnetic (1 şi 2) cu întrefier variabil 3, o înfăşurare 4 (cu numărul de spire w, rezistenţa R şi inductanţa L) alimentată de la o sursă de tensiune alternativă U prin intermediul unei impedanţe de sarcină . Circuitul magnetic este confecţionat dintr-un material magnetic cu permeabilitate magnetică ridicată şi pierderi mici prin histerezis.

Fig. 3.11. Traductor de deplasare inductiv elementar

Mărimea de intrare a traductorului de deplasare inductiv este deplasarea X a armăturii mobile 2 faţă de armătura fixă 1, iar mărimea de ieşire poate fi considerată: inductanţa L a înfăşurării 4, curentul I prin înfăşurarea 4, sau căderea de tensiune la bornele impedanţei de sarcină . Dacă întrefierul X este suficient de mic, faţă de secţiunea S a

RL

U~

zs 3

1

4

X

2

w

I

S

Us

41

Page 10: Traductoare de Deplasare

tălpilor polare, atunci fluxul de dispersie va fi neglijabil iar inductanţa L a înfăşurării se exprimă prin relaţia:

(3.7)

în care:

L este inductanţa înfăşurării; - fluxul magnetic total generat de înfăşurare;I - curentul prin înfăşurare;w - numărul de spire al înfăşurării;

- reluctanţa magnetică totală; - reluctanţa magnetică a materialului din care este

confecţionat circuitul magnetic; - reluctanţa magnetică a întrefierului; - lungimea liniei de forţă în materialul magnetic; - permeabilitatea magnetică a circuitului magnetic;

S - secţiunea de trecere a fluxului;2X - lungimea întrefierului total;

- permeabilitatea magnetică a aerului.

Deoarece , reluctanţa magnetică a întrefierului este mult mai mare decât reluctanţa magnetică a fierului, deci se poate scrie:

(3.8)

în care caz inductanţa înfăşurării poate fi calculată cu o relaţie aproximativă de forma:

(3.9)

în care:

Rezultă deci că, în acest caz, inductanţa L a bobinei variază invers proporţional cu întrefierul X (figura 3.12).

42

Page 11: Traductoare de Deplasare

Fig. 3.12 Caracteristica statică L(X) a traductorului inductiv

Dacă circuitul magnetic nu este saturat, iar tensiunea de alimentare este sinusoidală, , valoarea eficace a curentului prin bobină se exprimă cu ajutorul relaţiei:

(3.10)

În cazul particular când iar întrefierul are valori mici, reactanţa inductivă a bobinei fiind mult mai mare decât rezistenţa ohmică a bobinei ( ), relaţia (3.10) devine:

(3.11)

Având în vedere relaţia (3.8) se obţine:

(3.12)

În această relaţie

(3.13)

este sensibilitatea traductorului inductiv (sau coeficientul de transfer).

L

X

43

Page 12: Traductoare de Deplasare

Relaţia (3.12) defineşte o dependenţă liniară a curentului din circuitul de sarcină funcţie de deplasarea X a armăturii mobile (figura 3.13, curba 1), care reprezintă caracteristica statică ideală a traductorului. Caracteristica statică reală 2 se deosebeşte de caracteristica statică ideală 1 în domeniul întrefierurilor mici şi mari (figura 3.13, curba 2).

Fig. 3.13. Caracteristica statică I(X) a traductorului inductiv

Comportarea dinamică a traductorului inductiv este determinată în special de parametrii sistemului mecanic mobil, şi în majoritatea cazurilor este de tipul (element proporţional cu inerţie de ordinul 2).

În vederea obţinerii unui traductor inductiv sensibil şi la sensul deplasării, traductorul inductiv elementar din figura 3.11 se montează într-o schemă diferenţială, prezentată în figura 3.14.

Fig. 3.14 Traductor de deplasare inductiv diferenţial

X

2

1

0

I

Ue

Z3

Z4

I1

I2

U~2

3

3

1

1

X1

X2

U3

U4

Z1

Z2

44

Page 13: Traductoare de Deplasare

Circuitele magnetice 1 şi bobinele 3 sunt identice din punct de vedere al materialelor şi dimensiunilor constructive.

Dacă armătura mobilă 2 ocupă o poziţie de simetrie fată de armăturile fixe 1, adică , atunci reluctanţele magnetice ale celor două circuite magnetice sunt egale şi deci inductanţele (respectiv şi impedanţele ) vor fi egale: (respectiv ).

Dacă se realizează constructiv şi egalitatea impedanţelor exterioare, , rezultă că cei doi curenţi vor fi egali, , iar tensiunea de ieşire , obţinută ca suma căderilor de tensiune pe cele două impedanţe şi , va fi dată de relaţia

(3.14)

La modificarea poziţiei armăturii mobile, faţă de poziţia mediană, când , se modifică valorile curenţilor şi , conform relaţiei (3.12), unul creşte, altul descreşte, astfel încât la bornele de ieşire se obţine o tensiune dependentă ca valoare efectivă de valoarea deplasării ( ) iar ca fază de sensul deplasării. Tensiunea de ieşire

este în fază cu tensiunea sau care este mai mare. Cum cele două tensiuni şi sunt în opoziţie de fază, rezultă

că tensiunea de ieşire schimbă faza cu 180o atunci când armătura mobilă 2 trece prin poziţia de simetrie.

Caracteristica statică este reprezentată în figura 3.15, unde trecerea prin zero a caracteristicii intrare – ieşire indică schimbarea fazei.

Fig. 3.15 Caracteristica statică a traductorului inductiv diferenţial

X

45

Ue

Page 14: Traductoare de Deplasare

Traductoarele inductive prezentate în figurile 3.11 şi 3.14 se folosesc pentru măsurarea deplasărilor mici, cel mult de ordinul zecimilor de mm (0,001 ÷ 0,1 mm).

Pentru măsurarea unor deplasări mai mari de ordinul cm, se folosesc traductoarele inductive de tip solenoidal.

3.4. Traductoare de deplasare de tip transformator

Traductoarele de deplasare de tip transformator fac parte din categoria traductoarelor parametrice, iar principiul lor de funcţionare se bazează pe modificarea inductivităţii mutuale a unor bobine cu întrefier variabil sau constant, deci, pe ecuaţia care exprimă tensiunea electromotoare secundară al unui transformator:

(3.15)

În relaţia (3.15) este fluxul magnetic produs de înfăşurarea primară ce străbate

înfăşurarea secundară:

(3.16)

este curentul din primar; – numărul de spire al primarului; - reluctanţa magnetică pe calea de închidere a fluxului; – numărul de spire al secundarului;

f – frecvenţa tensiunii alternative de alimentare.

Din relaţiile (3.15) ş (3.16) rezultă că tensiunea de ieşire a unui traductor de tip transformator poate fi modificată dacă deplasarea măsurată cauzează fie modificarea reluctanţei magnetice a circuitului magnetic fie modificarea fluxului care străbate bobina secundară (prin

46

Page 15: Traductoare de Deplasare

deplasarea acestei bobine fără modificarea reluctanţei magnetice totale a circuitului).

Traductoarele de tip transformator pot fi utilizate pentru măsurarea deplasărilor liniare sau unghiulare.

În figura 3.17 este prezentat un traductor de deplasare de tip transformator în montaj diferenţial pentru măsurarea deplasărilor liniare.

Fig 3.17 Traductor de deplasare de tip transformatorîn montaj diferenţial

Bobinele primare identice cu spire ale traductorului se conectează în serie astfel ca fluxurile magnetice produse de ele să aibă sensurile indicate în fig. 3.17.

În consecinţă, tensiunile magnetomotoare primare vor fi egale, iar valorile fluxurilor magnetice vor depinde de reluctanţa magnetică a circuitului respectiv, deci de poziţia armăturii mobile, relaţia (3.16). În înfăşurările secundare apar tensiunile electromotoare:

(3.17)

(3.18)

Dacă armătura mobilă ocupă poziţia de simetrie, , şi deoarece reluctanţele magnetice , rezultă , respectiv

U~

1 w1

w2

E1

E2

Ue

2

x1

x2

47

Page 16: Traductoare de Deplasare

, iar prin conectarea în opoziţie a celor două înfăşurări secundare se obţine

(3.19)

Dacă poziţia armăturii mobile se schimbă, , se modifică valorile reluctanţelor magnetice a fluxurilor, , şi deci tensiunile electromotoare secundare . Ca urmare la bornele de ieşire se va obţine o tensiune electromotoare dependentă de valoarea şi sensul deplasării fată de poziţia de simetrie.

3.5. Traductoare de deplasare capacitive

Traductoarele de deplasare capacitive sunt traductoare de tip parametric. În figura 3.29 este reprezentat un traductor capacitiv elementar.

Fig. 3.29. Traductor capacitiv

Dacă se neglijează efectul de margine, capacitatea între plăcile condensatorului este dată de relaţia:

(3.29)

unde: ε este permitivitatea mediului dintre plăci, S – suprafaţa de acoperire a plăcilor şi x – distanţa dintre plăcile condensatorului.

P1

P2

x

48

Page 17: Traductoare de Deplasare

Mărimea de măsurat poate influenţa capacitatea în trei moduri, prin:

1. Modificarea distanţei x dintre plăci; 2. Modificarea suprafeţei de acoperire S a plăcilor;3. Modificarea permitivităţii ε a dielectricului dintre plăci.

3.5.1. Traductor capacitiv cu modificarea distanţei dintre plăci

Pentru traductoarele de deplasare capacitive este metoda cea mai des utilizată. Caracteristica statică C= f(x) a traductorului capacitiv cu modificarea distanţei dintre plăci este o hiperbolă reprezentată în figura 3.30.

Fig. 3.30. Caracteristica statică a unui traductor capacitiv cu modificarea distanţei dintre plăci

Caracteristica neliniară a traductorului capacitiv poate fi aproximată cu o caracteristică liniară numai pe porţiuni, corespunzătoare unor plaje de deplasări mici. Sensibilitatea traductoarelor de deplasare capacitive cu modificarea distanţei dintre plăci este dată de relaţia:

(3.30)

Pentru obţinerea unui traductor de deplasare capactiv cu modificarea distanţei dintre plăci cu caracteristică statică liniară se foloseşte sistemul diferenţial prezentat în figura 3.31.

x

C

49

Page 18: Traductoare de Deplasare

Fig. 3.31. Traductor capacitiv diferenţial

Plăcile fixe P1 şi P2 sunt alimentate la tensiunea U. Pentru poziţia de simetrie a plăcii mobile M faţă de plăcile fixe, capacităţile şi sunt egale. Dacă sub acţiunea mărimii mecanice se modifică poziţia plăcii mobile cu , cele două capacităţi se modifică şi capătă valorile:

(3.31)

(3.32)

În practică etajul următor este sensibil, fie la diferenţa între capacităţile parţiale şi , fie la modificarea raportului .

În primul caz, plăcile fiind alimentate la tensiunea U, şi considerând capacităţile şi inegale, se poate scrie:

(3.33)

deci:

(3.34)

În acest caz tensiunile parţiale devin:

(3.35)

respectiv:

x

x

x

P1

C1

P2

C2

U1

U2

UM

50

Page 19: Traductoare de Deplasare

(3.36)

iar diferenţa de tensiune este:

(3.37)

Se constată că variaţia este liniară şi independentă de S şi ε. Funcţiile şi sunt de asemenea liniare. În cel de-al doilea caz etajul următor este de obicei o punte echilibrată, un logometru etc., iar raportul capacităţilor este:

(3.38)

şi variază neliniar cu x. Pentru deplasări variaţia poate fi considerată liniară.

3.5.2. Traductor capacitiv cu variaţia suprafeţeiÎn figura 3.32 este prezentat un traductor capacitiv cu variaţia

suprafeţei, pentru deplasări liniare, compus dintr-o placă fixă şi una mobilă.

Fig. 3.32. Traductor capacitiv cu variaţia suprafeţei pentru deplasări liniare

x

d

L

51

Page 20: Traductoare de Deplasare

Cu notaţiile din figura 3.32 capacitatea traductorului este dată de relaţia:

(3.39)

Pentru deplasări ale plăcii mobile, în jurul acestei poziţii traductorul poate fi considerat ca fiind liniar.

Sensibilitatea traductorului capacitiv cu variaţia suprafeţei, pentru deplasări liniare este dată de relaţia:

(3.40)

În figura 3.33 a şi b sunt prezentate două tipuri de traductoare capacitive cu variaţia suprafeţei; primul de tip elementar, iar al doilea de tip diferenţial.

a) b)

Fig. 3.33. Traductoare capacitive cu variaţia suprafeţei pentru deplasări unghiulare

Aceste traductoare sunt utilizate pentru măsurarea deplasărilor unghiulare. Cu aceste dispozitive se pot obţine forme de variaţii dorite ale dependenţei , prin proiectarea corespunzătoare a formei plăcilor. Creşterea sensibilităţii se realizează, la nevoie, prin utilizarea dispozitivelor cu plăci multiple.

52

Page 21: Traductoare de Deplasare

3.5.3. Traductor capacitiv cu modificarea permitivităţii

Traductorul capacitiv cu modificarea permitivităţii, prezentat în figura 3.34, este alcătuit din două plăci fixe între care se deplasează liniar o armătură mobilă cu permitivitatea diferită faţă de permitivitatea a mediului dintre plăci.

Fig. 3.34. Traductor capacitiv cu modificarea permitivităţii

Cu notaţiile din fig. 3.34 capacitatea condensatorului este dată de relaţia:

(3.41)

Traductoarele capacitive cu modificarea permitivităţii sunt folosite în general pentru măsurarea nivelului lichidelor, măsurarea dimensiunilor benzilor, etc.

Traductoarele capacitive se folosesc în general pentru măsurarea deplasărilor foarte mici de ordinul mm, dar în multe cazuri ele se folosesc şi la măsurarea deplasărilor de ordinul cm sau chiar de ordinul metrilor.

Ca dezavantaj se menţionează faptul că sensibilitatea şi puterea de ieşire a traductoarelor capacitive sunt relativ scăzute ceea ce necesită o

d

ax

L

x

1

53

Page 22: Traductoare de Deplasare

amplificare corespunzătoare a semnalelor de ieşire, deci un aparataj electronic mai complicat.

54