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

34582. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОГО ГОСУДАРСТВА. ОБРАЗОВАНИЕ ИМПЕРИИ (XV – XIX вв.) 19.54 KB
  В процессе формирования территории России можно выделить 3 этапа. Заявление Ивана III что вся территория Киевской Руси его отчина привело к многовековой борьбе России с Польшей за западнорусские земли Киевской Руси. Таким образом вся Волга была включена в состав России. При царе Федоре Иоанновиче Борис Годунов дипломатическим путем возвратил России эту территорию.
34583. РЕФОРМЫ НАЧАЛА XIX в.: ПЛАНЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ. М.М. СПЕРАНСКИЙ 18.68 KB
  Император Павел I был убит заговорщиками в числе которых состоял его сын Александр. Время правления Александра I 18011825 гг. С идеями французских просветителей он был знаком благодаря швейцарцу Лагарпу учителю Александра I к которому император обращался за советом. Заручившись поддержкой гвардии Александр отверг предложенные заговорщиками проекты ограничивающие самодержавие конституцией.
34584. ВНУТРЕННЯЯ И ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА РОССИИ В 1825 –1855 гг 19.62 KB
  ВНУТРЕННЯЯ И ВНЕШНЯЯ ПОЛИТИКА РОССИИ В 1825 1855 гг. В то время как в большинстве западных государств политический строй принимал новые конституционные формы в России происходило укрепление крайних форм самодержавия. Она противопоставляла самобытную Россию растленному Западу восхваляя существующие в России порядки. армия чиновников в России составляла 100 тыс.
34585. ОТМЕНА КРЕПОСТНОГО ПРАВА РЕФОРМЫ 60–70-х гг. XIX в 19.71 KB
  отчетливо обозначилось отставание социальноэкономического политического технического развития России от европейских государств. Это проявилось в отмене прежних указов наиболее очевидно нарушающих права граждан России уничтожение поселений разрешение свободной выдачи заграничных паспортов ослабление цензуры снятие запретов введенных в университетах после 1848 г. Самой болезненной проблемой страны было крепостное право большинство подданных России находились как бы в неестественном правовом положении. Социальные волнения охватили...
34586. ОТКРЫТИЕ И ОСВОЕНИЕ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА (XVII – XIX вв.) 21.97 KB
  По берегам Амура и Зеи было построено более 20 русских поселений: острожков заимок деревень. и русские ушли с берегов Амура. Но Крузенштерн не нашел фарватеры ведшие в устье Амура и дал заключение о полуостровном положении Сахалина. Поэтому почти каждому командиру русского корабля вменялось по инструкции в обязанность исследовать лиман Амура.
34587. РАЗВИТИЕ КАПИТАЛИЗМА В РОССИИ в XIX– начале XX в. КЛАССОВАЯ СТРУКТУРА ОБЩЕСТВА 21.18 KB
  РАЗВИТИЕ КАПИТАЛИЗМА В РОССИИ в XIX начале XX в. Сегодня идут споры об уровне зрелости капитализма в России накануне революционных событий 1917 года. Для развития капитализма в России были характерны не только быстрые темпы сжатые сроки но и иная последовательность аграрнокапиталистического и промышленного переворотов. Если в развитых странах Европы железнодорожное строительство явилось результатом промышленного переворота то в России массированное строительство железных дорог явилось мощным стимулом для капиталистической эволюции всего...
34588. БОРЬБА РУССКОГО НАРОДА ПРОТИВ ИНОЗЕМНЫХ ЗАХВАТЧИКОВ (XIII – XV вв.) 21.16 KB
  Кочевые племена монголов были очень многочисленными но родовые порядки обеспечивали участие в войне всех мужчин поголовно. Во время похода монголов в Индию полководцы Джебе и Субэдэй отделились от главной армии и через Закавказье вторглись в Европу где на их пути оказались половцы. Половцы столкнувшись с монголотатарскими войсками обратились к русскому князю Мстиславу Удалому за помощью. После таких широких завоеваний монголотатарскую знать привлекли торговые пути обладание которыми могло приносить большие доходы.
34589. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РОССИЙСКОГО ИСТОРИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 19.56 KB
  Самобытность России во многом определяется ее географическим положением между Европой и Азией миром модернизации и миром традиционности. Этот фактор накладывает отпечаток на историческое развитие России. В самой России начиная с XVIII в. Главным среди природных факторов был континентальный характер расположения территории России.
34590. МЕСТО РОССИИ СРЕДИ МИРОВЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ 24 KB
  МЕСТО РОССИИ СРЕДИ МИРОВЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ Составитель: С. Соответственно и место России во всемирной истории определялось с точки зрения принадлежности ее к одной из общественноэкономических формаций.К какому же типу отнести Россию В какой мере самобытна цивилизация России Ответы на эти вопросы давались историками публицистами общественными деятелями с высоты своего времени с учетом всего предшествующего развития России а также в соответствии со своими идейнополитическими установками. Абсолютное большинство населения России исповедует...