Навигация
Розробка технічного завдання
26785
знаков
0
таблиц
9
изображений
1. Розробка технічного завдання
Метою курсового проекту є розрахунок та визначення технічних параметрів схеми перетворювача ємність-тривалість імпульсу. У даному курсовому проекті необхідно провести розробку структури перетворювача та провести розрахунки елементів вузлів схеми. Заданий діапазон ємності складає від 1 пФ до 10 нФ, з частотою перетворення 25 кГц, але будова схеми дозволяє у разі необхідності провівши невеликі додаткові розрахунки та заміну одного елементу змінити частоту перетворень. Амплітуда вихідного сигналу повинна складати 12 В на опорі 8 Ом. Також задано значення допустимої похибки, яке менше або дорівнює одному відсотку.
Необхідно провести розрахунки кожного з елементів розробленої схеми перетворювача ємність-часовий інтервал. За допомогою отриманих даних провести підбір операційних підсилювачів, транзисторів, резисторів, ємностей та інші елементи, які буде використано під час розробки перетворювача.
При підборі номіналів та стандартних назв елементів перетворювача варто звертати увагу на дотримання вибору елементів існуючим стандартам та направити зусилля на підвищення класу точності розробленого перетворювача відповідно до стандартів. Розроблений перетворювач є досить зручним та гнучким до змін та модернізації. Даний перетворювач виконаний на основі операційних підсилювачів. Цей прилад відповідає всім вимогам до сучасних нормативів і стандартів.
2. Розробка структурної схеми
2.1 Розробка структури пристрою
Перетворювачі, у яких електричне поле створюється прикладеною напругою, складають групу ємнісних перетворювачів. Основним елементом у цих перетворювачах є конденсатор змінної ємності, що змінюється вхідним вимірювальним сигналом.
У ємнісних перетворювачах ємність С може змінюватись за рахунок зміни параметрів конденсатора. При цьому виконуються функції перетворення неелектричних величин у зміну ємності чи виробляється модуляція ємності, що має місце в ємнісних модуляторах, ЕС генераторах.
При застосуванні ємнісного перетворювача інформативним параметром являється його ємність Сх або тангенс кута діелектричних втрат tgdx. Опір втрат практично завжди є неінформативним для області високочастотної кондуктометрії.
Якщо змінювати частоту живильної напруги на конденсаторі перетворювача, то можна створити прилад для визначення дисперсії діелектричних рідин, газів і твердих тел.
Як вимірювальні ланцюги в ємнісних перетворювачах застосовуються подільники напруги, мостові схеми, коливальні контури й автогенератори. Оскільки сигнали, що знімаються з ємнісних перетворювачів, малі, то вимірювальні ланцюги містять підсилювачі.
При проектуванні ємнісних перетворювачів варто звертати увагу на екранування проводів, вибір ізоляції, усунення поверхневого опору ізоляції і вибір частоти живлення. Чим вища ця частота, тим менший вихідний опір, тому нерідко частоту живлення вибирають велику (до декількох МГц).
Конструктивні схеми ємнісних перетворювачів виконуються в різних варіантах у залежності від області застосування. При вимірюванні рівнів рідких і сипучих тіл знаходять застосування циліндричні чи плоскі конденсатори, ємність яких характеризується рівнем х і залежить від діелектричних проникливостей рідини, ізоляції і повітря.
Можливі області застосування перетворювачів (у тому числі і ємнісних) надзвичайно різноманітні, можна виділити лише окремі сфери:
- промислова техніка виміру і регулювання,
- робототехніка,
- автомобілебудування,
- побутова техніка,
- медична техніка.
Ємнісні перетворювачі близькі по своїм характеристикам до напівпровідникових діодів, у яких використовується залежність так називаної бар'єрної ємності від зворотної напруги. Такі перетворювачі застосовуються як елементи з електрично керованою ємністю і називаються варикапами.
Інша група перетворювачів заснована на використанні сегнетоелектриків, тобто кристалічних діелектриків, що при визначених температурних умовах (при температурі нижче точки Кюрі) мають мимовільну поляризацію при відсутності зовнішніх електричних полів.
Нещодавно конструктори відносилися з упередженням до ємнісних перетворювачів, думаючи, що схеми з ємнісними перетворювачами не забезпечують ні достатньої точності, ні стабільності роботи приладів.
Вважалося обов'язковим для одержання стійкого сигналу на виході ємнісного перетворювача подавати на нього напругою високої частоти, що досягає сотень кілогерц, а іноді навіть десятків мегагерц. Наявність такої високої частоти у свою чергу приводило до втрат у паразитних ємностях, сполучних проводах і т.п. Для того щоб підвищити амплітуду сигналу, що знімається з ємнісного перетворювача, і поліпшити стабільність показань, деякі автори розробок застосовували в першому каскаді підсилювача електрометричні лампи, що допускають включення сотень мегом у ланцюг керуючої сітки і т.д., однак усі ці міри мало поліпшували стабільність систем з ємнісними перетворювачами й у той же час значно ускладнювали конструкцію приладів.
Проведені в даний час роботи показали, що причина нестабільності роботи систем з ємнісними перетворювачами лежить у неправильному підході конструкторів до проектування перетворювачів, зокрема, у неправильному розташуванні ізолюючих елементів конструкції, нестабільність властивостей яких і приводить до помилок у роботі систем. Ці труднощі виявилися переборними, і вже створені прилади з ємнісними перетворювачами, що забезпечують високі точності і стабільність роботи, що витримують важкі режими експлуатації.
Вимірювання ємності. При вимірюванні ємності необхідно враховувати, що ці параметри можуть залежати від частоти, температури, вологості, зовнішніх електричних і магнітних полів і т. д.
Непрямий метод визначення ємності полягає в вимірюванні параметрів кола з конденсатором і розрахунку значення невідомої ємності. На рисунку 1 показана схема для непрямого визначення емності.
Без врахування активних втрат в конденсаторі ємність розраховується за показниками амперметра й вольтметра: Сх= 1/ωU.
З урахуванням втрат в конденсаторі ємність можна визначити по формулі
Сх = 
,
де I — струм, що протікає через конденсатор; U — напруга, прикладена до конденсатора; Р — потужність втрат.
Втрати в конденсаторі визначають або через потужність втрат 
, або з урахуванням тангенса кута втрат
Р = 
, звідси 
,
Точність вимірювання ємності непрямим методом невелика. Значно менше похибок дають прилади зрівняння і безпосередньої оцінки. До приладів зрівняння відносяться мости змінного струму. В одно з плечей моста, зібраного по схемі, яка показана на рисунку 2, включений вимірювальний конденсатор Сх з опором втрат Rx, в інше — зразковий Соб із опором Rоб, Інші плечі моста утворені резисторами R1, R2.
Умова рівноваги мосту:
(RX +1/jωСх) R2 =:(Rоб +1/jωСоб) R1.
Звідси при RхR2= RобR1 отримаємо Cx=Co6R2/R1. Опір активних втрат визначиться як Rx=Ro6R1/R2.
Втрати в конденсаторі визначаються по формулі tgσx=ωRo6Соб. Міст попередньо врівноважується резисторами Ro6 і R2, постаченими шкалами із шкалою в одиницях tgσx і ємності. Для балансування мосту варто змінювати як Ro6 так і Соб. Балансування мосту виконується методом послідовних наближень: по черзі регулюють кожний з елементів до одержання мінімального показання індикаторного приладу.
На рисунку 1 показана схема для непрямого визначення ємності.
Рисунок 1- Схема для непрямого вимірювання ємності
На рисунку 2 показана мостова схема для вимірювання ємності.
Рисунок 2- Мостова схема для вимірювання ємності
Мінімально необхідне число операцій при балансуванні мосту визначає його збіжність.
Мостовий метод вимірювання ємності застосовують для вимірювання ємностей від декількох сотень пікофарад до декількох десятків мікрофарад.
При цьому визначають опір Zx =Z1·Z3/Z2 і обраховують ємність Сх=160000/(fZx), де Zx-модуль комплексного опору, кОм; f-частота живлення моста, кГц; Сх-вимірювана ємність, пФ.
Міст живлять змінною напругою частотою 500..1000 Гц.
Ємності до 5000 пФ зазвичай вимірюють резонансним і генераторним методом, також широко використовується метод заміщення.
Мультивібратори. Коливання прямокутної форми на мультивібраторах виникають за рахунок позитивного зворотного зв’язку через активний електронній елемент: транзистор, операційний підсилювач, логічний елемент, тиристор. Саме тому основними параметрами прямокутних імпульсів є: частота (тривалість), амплітуда і їх стабільність залежать від характеристик активного елемента – напруга живлення, порогового рівня, швидкодії тощо.
Стабільність тривалості чи періоду повторення імпульсів в мультивібратори на логічних елементах невелика (приблизно 3% при зміні температури на 10С), оскільки стабільність порогового рівня ТТЛ-мікросхем низька.
Управління тривалістю імпульсів (частотою автоколивань) може виконуватись трьома способами: ручним регулюванням, тобто зміною опору, рідше зміною ємності; за допомогою напруги зміщення, яке вводиться у вхідні ланцюги логічних елементів; цифровим кодом.
Мультивібратори на операційних підсилювачах бувають:
- очікуючі;
- автоколивальні;
Мультивібратори на мікросхемах бувають:
- з транзистором в якості порогового елементу;
- на інтегральному таймері;
- з керуванням цифровим кодом;
- кварцеві генератори;
Мультивібратори на електронних елементах:
- автоколивальний на транзисторах;
- очікуючій на операційному підсилювачі;
- очікуючій на польовому транзисторі;
- очікуючій на тиристорі.
Мультивібратори на транзисторах на відміну від мультивібраторів на логічних елементах може робити при значних змінах напруги живлення при порівняно малій зміні частоти. Очікуючий мультивібратор на польовому транзисторі дозволяє отримати імпульси великої тривалості оскільки в таких схемах можна змінювати опір в великому діапазоні. А от мультивібратори на тиристорах дозволяють отримувати імпульси великої потужності.
Отже для формування імпульсів з заданою умовою частоти використаємо автоколивальний мультивібратор, а для перетворення ємності у тривалість імпульсу використаємо очікуючий мультивібратор. Отриманий сигнал підсилимо за допомогою двох послідовно з’єднаних підсилювачів напруги та потужності.
Похожие работы
... прямою, але не рівномірною. Цю схему використовують для вимірювання малих опорів. 1 Розробка технічного завдання Метою курсового проекту є розробка вимірювального перетворювача опір - тривалість імпульсу і його принципової схеми. Також метою даної роботи є придбання навиків аналітичного розрахунку перетворювача по заданим вимогам. Електронними підсилювачами називають пристрої, призначені для ...
... частот вхідного сигналу 0…20 кГц, амплітуда на виході – 15В, опори навантаження 5 Ом, похибка ≤1%. Необхідно розрахувати значення кожного з елементів схеми перетворювача напруга – тривалість імпульсу та згідно розрахункам вибрати необхідні операційні підсилювачі, транзистори. При проектуванні індуктивних перетворювачів варто звертати увагу на екранування проводів, вибір ізоляції, усунення ...
... амплітуда вихідної напруги 20В, значення опору навантаження дорівнює 4Ом, а також відносна похибка перетворення 1%. Потрібно розрахувати значення кожного елемента схеми перетворювача опір – часовий інтервал та керуючись розрахунковими даними вибрати потрібні операційні підсилювачі, транзистори та діоди. Розробку приладу необхідно провести у два етапи. Перший, розробка функціональної схеми та для ...
... і працездатності людини в процесі труда. Максимальне зменшення числа шкідливих впливів, створення комфорту — от головні задачі охорони праці. Тема дипломної роботи — “Моделювання процесу обробки сигналів датчика у вихровому потоковимірювачі”. Машинний зал ПЕОМ є помешканням з підвищеною небезпекою поразки людини електричним струмом, тому що в даному помешканні присутня можливість одночасного ...
0 комментариев