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

7 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

12221. Оптический метод изучения кинетики реакции тростникового сахара (сахарозы) 95 KB
  В молекулах всех трёх сахаров содержатся ассиметрические атомы углерода, что делает эти вещества оптически активными. Водный раствор сахарозы вращает плоскость полимеризации проходящего света вправо, ратвор продуктов реакции влево
12222. Иодирование ацетона в кислой среде 164 KB
  Лабораторная работа №4 Иодирование ацетона в кислой среде. Цель работы: исследование кинетики реакции иодирования ацетона в кислой среде – определение порядка реакции константы скорости и энергии активации. Ход работы: Основная реакция: протекает в 2 с
12223. Изучение кинетики реакции омыления сложного эфира 87.5 KB
  Лабораторная работа №5 Изучение кинетики реакции омыления сложного эфира. Цель работы: определение средних значений констант скорости реакции омыления сложного эфира в щелочной среде при комнатной температуре. Уравнение химической реакции: Рабочие ...
12224. Определение рН с помощью хингидронного электрода 32 KB
  Лабораторная работа Определение рН с помощью хингидронного электрода Цель: нахождение рН и буферной емкости растворов Суть метода: Потенциометрическое измерение производят измеряя ЭДС гальванического элемента в котором один из электродов погружен в электролит...
12225. Практическое использование современных информационных технологий 213.5 KB
  СОДЕРЖАНИЕ [1] 1. Общие положения [1.1] Цель и задачи выполнения лабораторных работ [1.2] 1.2. Содержание и оформление отчета по практическим заданиям [2] 2. Задания и методические указания к выполнению работ [3] Библиографичес...
12226. Исследование основных схем выпрямления и изучение влияния нагрузки и сглаживающих фильтров на их работу 75.08 KB
  Лабораторная работа №1 Исследование основных схем выпрямления и изучение влияния нагрузки и сглаживающих фильтров на их работу Цель работы: научиться снимать и строить характеристики схем выпрямления; научиться снимать осциллограммы напряжений; нау...
12227. Кинетика разложения мурексида в кислой среде 115.5 KB
  Кинетика разложения мурексида в кислой среде Цель работы: определение порядка реакции по мурексиду и катализатору кислоте и составление дифференциального кинетического уравнения по результатам опытов; определение константы диссоциации слабой кислоты путем кинетич
12228. Кинетика разложения мурексида в кислой среде. 31.36 KB
  Лабораторная работа №2 Кинетика разложения мурексида в кислой среде Цель работы: определение порядка реакции по мурексиду и катализатору кислоте и составление дифференциального кинетического уравнения реакции по результатам оп
12229. Измерение ЭДС элемента Якоби-Даниэля. Определение потенциала отдельных электродов 29 KB
  Измерение ЭДС элемента ЯкобиДаниэля. Определение потенциала отдельных электродов Цель работы: приготовление гальванического элемента и измерение его ЭДС. Вычисление ЭДС элемента при заданных концентрациях солей. Сравнение полученных результатов с вычисленными знач