2) Динамический конденсатор, или емкостной вибрационный преобразователь
Применяется для измерения мало меняющихся во времени малых токов или напряжений от источников с большим внутренним сопротивлением.
Рис. 4.4. Конструкция динамического конденсатора
Неподвижные электроды 1 и 2 укреплены на изоляторах 3 (рис. 4.4). Мембрана 4 служит подвижным электродом. К электроду 1 через резистор R1 подводится измеряемое напряжение Uх. К электроду 2 подводится возбуждающее напряжение U∞, под действием которого между электродами 2 и мембраной 4 возникает электростатическая сила.
Достоинства: простота, дешевизна. Недостатки: дрейф напряжения между электродами конденсатора.
3) Варикапы и вариконды
Варикапом называется полупроводниковый диод, в котором используется зависимость барьерной емкости от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. В качестве варикапов используются диоды при обратном постоянном смещении, когда проявляется только барьерная емкость.
Вариконды, обладающие резко выраженной зависимостью емкости от приложенного к их электродам напряжения, изготовляются из сегнетоэлектриков. Они выполняются в форме дисков диаметром 0,2 мм и толщиной 0,4 – 0,6 мм. Если необходимо получить конденсатор большой емкости, то формируют блоки из дисков. Конденсаторы малой емкости (10 – 20 пФ) изготовляют в виде шариков диаметром несколько долей миллиметра.
11. Ионизирующие преобразователи
Ионизирующими называются преобразователи, основанные на использовании ионизирующих излучений. В этих преобразователях используются -, -, -, рентгеновское и нейронное излучение. Рентгеновское и - излучение по своей природе – электромагнитные колебания. Природа других излучений – корпускулярное, то есть излучения представляют собой потоки частиц (корпускул). Так, например, - излучение – поток ядер гелия, - излучение – поток электронов или позитронов. Ядерные реакции сопровождаются потоками нейтронов (протонов).
Принцип действия, ионизирующих преобразователей, основан на использовании свойств радиации, проникать, поглощаться или отражаться от вещества. Использование ионизирующих излучений для измерений физических величин основано на связи пространственных и временных характеристик радиационного поля с параметрами среды, в которой происходит распространение излучений. В основу работы радиоактивных преобразователей положено воздействие входной величины – перемещения или усилия – на интенсивность потока электромагнитной энергии, заряженных частиц, акустической волны или теплового потока. В радиационных датчиках в зависимости от конкретных условий используют различные виды лучистой энергии и разные способы измерения ее интенсивности.
Преобразователь включает источник излучения И, детектор Д, являющийся первичным преобразователем, и указатель Ук. Ионизирующие лучи, проникнув через изделие 1 (рис. 11.1, а) или отразившись (рис. 11.1, б), поступают на детектор. Если в изделии имеются включение 2 или несплошность (раковина) 3, то интенсивность лучей будет неравномерной (см. 4 или 5). Эта неравномерность и является сигналом о наличии в изделии отмеченных отклонений.
Рис. 11.1. Схемы ионизирующих преобразователей:
а) при пропускании луча;
б) при отражении луча
В качестве источников ионизирующих излучений применяются рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц и радиоактивные изотопы. Для обнаружения и регистрации ионизирующих излучений применяются специальные чувствительные элементы, называемые детекторами. Детекторы являются преобразователями информации, переносимой ионизирующим излучением, в электрические или оптические сигналы. Более чувствительные преобразователи с переменным перемещением источника и дифференциальные преобразователи с одним фотоэлементом.
Большая группа схем основана на изменении оптического сопротивления на пути луча от элемента к фотоэлементу. Эти преобразователи обладают достаточно высокой точностью.
Одним из наиболее чувствительных методов измерения перемещений является интерференционный. Луч монохроматического света разделяется с помощью полупрозрачного зеркала на два луча, которые затем с помощью того же зеркала снова объединяются и попадают на фотоэлемент. Длина одного из лучей изменяется при перемещении зеркала, при этом световые волны в двух световых потоках проходят со сдвигом фаз, зависящим от входного перемещения. В результате интерференции интенсивность суммарного светового потока, воспринимаемого фотоэлементом, периодически изменяется от минимума до максимума при перемещении зеркала на 0,25 длины световой волны.