Электроемкостный метод

Электроемкостный метод базируется на введении объекта контроля или его участка в электростатическое поле, в качестве источника которого используют электрический конденсатор. Конденсатор, являющийся в данном случае первичным преобразователем, выполняет преобразование физических и геометрических характеристик в электрический параметр.

В качестве измеряемой величины могут выступать физико-механические и геометрические свойства и параметры объекта неразрушающего контроля, воздействующие на один из параметров конденсатора, например, относительную диэлектрическую проницаемость; размеры и форму; плотность; содержание компонентов в смесях; влажность; химический состав; размеры несплошностей; механические напряжения и т.п.

Параметры электрического конденсатора изменяются вследствие изменения под действием измеряемой величины площади перекрытия обкладок, расстояний между обкладками. или диэлектрической проницаемости среды, находящейся между обкладками. Емкостные методы относят к параметрическим, так как у конденсатора с изменением измеряемой величины изменяется электрическая емкость или угол диэлектрических - потерь, являющиеся составляющими комплексной проводимости и рассматриваемые как первичные информативные параметры электроемкостного метода контроля.

Степень корреляции емкости и угла диэлектрических потерь с параметрами очень различна. Так, например, значение угла диэлектрических потерь в основном определяется составом, влажностью и степенью полимеризации его’ материала, но на него слабо влияют геометрические размеры объекта и состояние его поверхности. В то же время на емкость одинаково сильное влияние оказывают как перечисленные величины, так и состояние окружающей среды (давление, температура, влажность), геометрия и состояние поверхности контролируемого объекта.

Следует отметить, что информативные параметры электроемкостного метода зависят также от конструкции преобразователя и электрических характеристик среды, в которую помещен объект. Первое обстоятельство учитывается при оптимизации конструкции преобразователя, второе обычно является причиной возникновения мешающих контролю факторов. Поэтому вследствие многопараметрической информации об объекте контроля необходимы меры для выделения информации об измеряемых параметрах.

Преимуществами электроемкостных методов являются:

• однозначность зависимости между входной и выходной величинами обычно без гистерезиса;
• простота и технологичность конструкции, удобство монтажа и эксплуатации;
• простота адаптации формы конденсатора к измерению различных неэлектрических величин;
• однонаправленность действия, т.е. нагрузка выходной цепи не оказывает никакого влияния на измеряемую неэлектрическую величину;
• большая перегрузочная стойкость;
• малая постоянная времени, позволяющая проводить измерения в динамическом режиме;
• возможность изготовления конденсатора с высокой точностью и малыми потерями;
• возможность получения информации о параметрах объектов контроля как в сравнительно больших объемах материала, так и в его локальных участках и на определенной глубине.

Основными недостатками, ограничивающими применение электроемкостных методов, являются малая емкость конденсаторов, используемых в качестве преобразователей, влияние на величину емкости температуры окружающей среды, влажности воздуха или диэлектрика, расположенного между пластинами, а также других внешних факторов (температура, положение, вибрации - которые учитываются при конструировании преобразователей).