43275

Расчет параметра конденсатора

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В настоящее время продолжают находить широкое применение аналоговые датчики которые позволяют преобразовывать механические параметры например длину пути в электрический сигнал. Среди всего многообразия измеряемых параметров значительное место занимают датчики измерения угловых и линейных перемещений пути. Возможностью измерения в широком диапазоне от долей мм до 2м и с достаточной точностью измерений обладают емкостные датчики [1]. Датчики Датчиком называется первичный элемент автоматической системы реагирующий на изменение физической...

Русский

2013-11-06

108.5 KB

6 чел.

Введение

Качественное функционирование автоматических систем управления техническими объектами и технологическими процессами (АСУ ТО и ТП) невозможно без наличия достоверной информации о состоянии объекта управления, определяемом величинами его соответствующих параметров в каждый текущий момент времени. Таким образом, для управления, регулирования, контроля и защиты машин и оборудования используют чувствительные элементы, регулирующие состояние устройства или технологического процесса, при этом, в зависимости от вида сенсорных сигналов, различают аналоговые, двоичные и цифровые сенсоры.

В настоящее время продолжают находить широкое применение аналоговые датчики, которые позволяют преобразовывать механические параметры, например, длину пути в электрический сигнал. После соответствующей калибровки, т. е. установки связи между измеряемой величиной и индикацией, выходной сигнал возможно представить в физических величинах, например, у измерительных датчиков перемещения – в миллиметрах.

Среди всего многообразия измеряемых параметров значительное место занимают датчики измерения угловых и линейных перемещений, пути. Возможностью измерения в широком диапазоне (от долей мм до 2м) и с достаточной точностью измерений обладают емкостные датчики [1]. Часто требуется аналоговую выходную информацию емкостного датчика передавать на значительные расстояния. В этих случаях возникают существенные трудности, обусловленные спецификой работы аналоговых устройств. Одним из путей, позволяющий значительно повысить помехоустойчивость, а также представить информацию в дискретной форме, является использование электронных устройств с частотно-зависимыми цепями на RC-элементах, в которые включают емкостной датчик.

Датчики

Датчиком называется первичный элемент автоматической системы, реагирующий на изменение физической величины, характеризующей процесс, и преобразующий эту величину в другую, удобную для работы последующих элементов. Статической характеристикой датчика является зависимость изменения выходной величины от изменения входной.

Чувствительностью датчика, или его коэффициентом усиления, называется крутизна статической характеристики.

Датчики можно классифицировать либо по тем величинам, которые они должны измерять (датчики давления, датчики уровня), либо по тем параметрам, в которые преобразуются измеряемые величины (датчики сопротивления, датчики индуктивности). Более рациональная классификация по второму признаку, так как два индуктивных датчика, служащие для измерения различных величин (например, давления, уровня), сходны между собой и имеют близкие конструктивные и эксплуатационные характеристики. В то же время емкостный и индуктивный датчики, служащие для измерения одной и той же величины, сильно отличаются друг от друга по конструкции, схеме и характеристикам.

Так как многие физические величины предварительно преобразуются в одну и ту же механическую величину - перемещение (например, изменение уровня преобразуется в перемещение поплавка), то значительная часть датчиков может быть сконструирована в виде устройств, преобразующих перемещение в ту или иную выходную величину. По выходному параметру датчики могут быть классифицированы следующим образом: датчики сопротивления, датчики индуктивности, датчики емкости, датчики напряжения, датчики тока, датчики фазы, датчики частоты, датчики числа импульсов, датчики длительности импульса, датчики давления (пневматические или гидравлические).


В некоторых случаях осуществляется несколько стадий преобразования регулируемого параметра, например из механической величины сначала в какую-либо другую (например, тепловую, световую и т.д.), а затем уже в электрическую или пневматическую.

Емкостные чувствительные элементы

Емкостные ЧЭ основаны на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его пластин и от диэлектрической проницаемости среды между ними. Емкость плоского конденсатора определяется по формуле:

,

где E0 – диэлектрическая постоянная для конденсатора, пластины которого находятся в вакууме (практически в воздухе, S – площадь пластин, δ – расстояние между пластинами). На рисунке 2.37 изображены различные типы емкостных ЧЭ.

Рис ???. Емкостные ЧЭ

Емкостный ЧЭ на рисунке 2.37 (а) представляет собой плоский конденсатор с параллельными пластинами, одна из которых перемещается от внешнего воздействия Х. Такой ЧЭ используется для изготовления датчиков перемещения, давления, силы и т.д. Функция преобразования C = f(δ) нелинейна, гиперболическая.

Емкостный ЧЭ на рисунке 2.37 (б) представляет собой цилиндрический конденсатор, состоящий из двух коаксиальных цилиндров, а для вычисления емкости используется формула:

,

где H – длина зоны перекрытия двух цилиндров, d1, d2 - диаметры цилиндров. Функция преобразования C = f(H) линейна.

Емкостный ЧЭ на рисунке 2.37 (в) измеряет уровень h жидкости с относительной диэлектрической проницаемостью Е. Он изготовлен на основе коаксиального конденсатора, в котором поверхность каждого цилиндра 1 и 2 покрыта тонким слоем изоляционного материала для предотвращения короткого замыкания. ЧЭ размещается в резервуаре 3 с жидкостью. При увеличении уровня жидкость заполняет все больший объем между коаксиальными проводниками, изменяя при этом емкость, которая определяется по формуле:

,

где h – высота части ЧЭ, заполненной жидкостью.

На рисунке 2.37 (г) показан емкостный ЧЭ влажности, в котором диэлектрический слой между пластинами выполняется из гигроскопичного материала. Такой диэлектрик поглощает молекулы воды и в соответствии с их количеством меняет диэлектрическую проницаемость Е, что приводит к изменению емкости. По величине емкости определяют относительную влажность.

Таким образом, если какой-либо параметр конденсатора изменяется при определенном внешнем воздействии, то на его основе можно построить соответствующий емкостный ЧЭ.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1.  Шандров Б. В. Технические средства автоматизации: учебник для
    студентов высших учебных заведений / Б. В. Шандаров, А. Д. Чудаков – М.: Изд. Центр «Академия», 2007. – 368 с.
  2.  Управляющие системы и автоматика. Коллектив авторов под рук. Д. Шмида. / пер. с немецкого Л. Н. Казанцевой. – М.: Техносфера. 2007. – 583 с.
  3.  Самосудов А. П. Расчет электронных устройств импульсной техники. Метод указания. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1993. – 17 с.
  4.  Самосудов А. П., Анисимов В.Н. Палагчюк Г. Г. Расчёт
    стабилизированных источников питания электронных устройств систем управления и информатики: Метод. указания ч. 2.- Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2003. – 9 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71332. Общие сведения о микроэлектронике 183.5 KB
  Полупроводниковые ИМС полупроводниковый кристалл в толще которого выполняются все компоненты схемы: полупроводниковые приборы и полупроводниковые резисторы. Кристалл полупроводника помещают в герметизированный пластмассовый или стеклянный корпус имеющий выводы во внешнюю цепь.
71333. Становление полисной системы в Древней Греции 673.5 KB
  Время упадка переходный смутный хаотичный период между греческим классицизмом и могуществом Римской империи Нибур Период распространения эллинской культуры на Востоке и усвоения ее достижений народами Азии Дройзен Тарн Мейер Бенгтстон Политические и экономическое единство созданное...
71334. Історія України: Конспект лекцій 1000 KB
  Необхідність вивчення історії України у вищій школі випливає із актуальності і значимості досвіду минулих поколінь у нашому теперішньому і майбутньому житті, а також із громадянського обов’язку пошани і любові до своєї родини і Батьківщини.
71335. Избранные лекции по медицине катастроф: Учебное пособие 851.5 KB
  Включает: величину и характер возникших санитарных потерь; нуждаемость пораженных в различных видах медицинской помощи; условия проведения лечебно-эвакуационных мероприятий в зоне ЧС; санитарно-гигиеническую и санитарно-эпидемиологическую обстановку сложившуюся в результате ЧС...
71336. Методы компьютерных вычислений и их приложение к физическим задачам 1.99 MB
  Численные методы раздел математики который со времен Ньютона и Эйлера до настоящего времени находит очень широкое применение в прикладной науке. Примеры современных физических задач для решения которых используются численные методы – моделирование астрономических событий рождение...
71337. ПЕРВАЯ МИРОВАЯ ВОЙНА И ПОСЛЕВОЕННОЕ УСТРОЙСТВО МИРА 264.5 KB
  Обострение противоречий проявилось в ряде политических кризисов в начале века: Марокканский кризис Итало-турецкая война Боснийский кризис Балканские войны. В 1917 году Россия фактически выходит из войны; в апреле 1917 г. В ответ были выдвинуты контрпретензии: платой царских долгов ставили...
71338. История России 8-9 века 246.5 KB
  Главное занятие восточных славян – земледелие. Существовали 2 способа обработки земли: подсечно-огневое и пашенное земледелие. Занимались также ремеслом, огородничеством, охотой, рыболовством, торговлей. Главный торговый партнер – Византия.
71339. ГІСТОРЫЯ БЕЛАРУСІ 1.83 MB
  «Гiсторыя» – у перакладзе з грэчаскай мовы – апавяданне аб мiнулых падзеях. Яе заснавальнікам лічыцца Герадот (484–425 гг. да н. э.). Яна вывучае ход i заканамернасцi развiцця чалавечага грамадства ў мiнулым. Аб’ектам яе пазнання з’яўляецца працэс і вынікі жыццядзейнасці людзей у сацыяльнай, матэрыяльнай і духоўнай сферах.
71340. СССР В ПЕРИОД ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЫ 143 KB
  Основное население страны планировалось превратить в рабов, а саму Россию – в аграрно-сырьевой придаток Запада. Такие планы не оставили народу другой альтернативы, кроме борьбы. В этой войне речь шла не столько о борьбе нацизма и большевиков, сколько о судьбе российской государственности.