Название: Основы проектирования приборов и систем : сборник лабора-торных работ (Шивринский, В. Н.) Жанр: Информационные системы и технологии Просмотров: 5282 |
2. поверхностный датчик емкостного уровнемераИзмерение количества топлива часто сводится к измерению его
уров- ня. Количество топлива и его уровень связаны между собой функциональ- ной
зависимостью, определяемой формой топливного бака.Таким топливомерам
свойственны методические погрешности, вы- званные наклонами объекта,
ускорениями, а также изменением объема то- плива при изменении температуры. На
транспорте широкое применение нашли поплавковые и емкостные уровнемеры топлива.
Емкостные уров- немеры проще по конструкции, их датчики меньше по размерам и не
имеют подвижных частей. Температурная методическая погрешность ем- костных
уровнемеров несколько меньше, чем поплавковых, так как с уве- личением
температуры объем топлива увеличивается, а диэлектрическая проницаемость
топлива уменьшается.Емкостный уровнемер состоит из датчика (или нескольких
датчиков), расположенного вертикально в топливном баке по всей его высоте,
блока измерения и указателя. Датчик представляет собой конденсатор, электро- ды
которого выполняются в виде коаксиальных металлических труб, па- раллельных
прутков и др.Цилиндрические датчики нашли широкое применение в авиационных
топливомерах. Однако при измерениях загрязненных сред, в потоках жид- кости, в
труднодоступных местах, при отсутствии квалифицированного обслуживания могут
быть большие погрешности и даже отказ в работе прибора. Для уменьшения влияния
указанных факторов в работе [11] предлагается конструкция поверхностного
датчика, в котором электроды конденсатора находятся внутри диэлектрика, а
измеряемая жидкость – снаружи (рис. 2.1). При расчете таких датчиков можно использовать математическую
мо- дель электрического диполя [15]. Характерным для напряженности поля диполя
является то, что оно убывает с расстоянием от диполя как 1/r3, т. е. быстрее,
чем напряженность поля точечного заряда (убывающего как 1/r2).
Электростатическое поле графически изображают при помощи силовых линий (линии,
касательные к которым совпадают с направлением вектора напряженности Е) и
эквипотенциальных поверхностей (геометрического места точек с одинаковыми
потенциалами).Вокруг любых источников электростатического поля можно провести
бесконечное множество эквипотенциальных поверхностей. Обычно их проводят так,
чтобы разности потенциалов между любыми двумя сосед- ними эквипотенциальными
поверхностями были одинаковыми.В каждой точке эквипотенциальной поверхности
вектор напряженно- сти поля перпендикулярен к ней и направлен в сторону
убывания потен- циала. На рис. 2.2 изображено плоское сечение
электростатического поля диполя. Пунктиром показаны силовые линии, сплошными
линиями – се- чение эквипотенциальных поверхностей. В лабораторной работе исследуется датчик, в котором
электроды рас- положены внутри изоляционного слоя. Электроды датчика образуют
па- раллельно соединенные конденсаторы, обкладки которых подключены к
измерительной схеме таким образом, что заряды на них чередуются. Так как зазор
между электродами не заполняется жидкостью, он не засоряется и остается
постоянным.На рис. 2.3 представлены продольный (а) и поперечный (б) разрезы
исследуемого поверхностного емкостного датчика. Датчик содержит элек- троды 1 и
2, расположенные внутри изоляционного слоя 3, заполняющего все межэлектродное
пространство. ряемой средой 4; C3 – емкость между электродами 1, 2 внутри
диэлектри-ка 3; C4 – емкость, обусловленная измеряемой средой 4. сальным эпоксидным клеем «ЭДП». Измерительная схема
(размещена на печатной плате в верхней части внутри датчика и имеет экраны с
двух сторон) представлена на рис. 2.6. 3. Жидкостный датчик угла отклонения объекта от
горизонтального положенияИсследуется жидкостный датчик [13], изображенный на
рис. 3.1, 3.2. Датчик содержит втулку 6, общие электроды 1, 2, образующие
герметич- ный корпус датчика; выходные электроды 3, 4, размещенные между об-
щими электродами 1, 2 и изолированные от них и между собой изоляци- онной
прокладкой 7; жидкий диэлектрик 5, заполняющий пространство между общими
электродами 1, 2 и выходными электродами 3, 4, и зани- мающий половину объема
внутренней полости датчика.
Поскольку величины и S находятся в числителе уравнения (3.1), то емкость конденсатора С линейно зависит от и S. Так как жидкий диэлек- трик 5 занимает половину объема внутренней полости датчика между об- щими и выходными электродами и имеет диэлектрическую проницае- мость отличную от диэлектрической проницаемости воздуха, то при на- клоне датчика будет изменяться площадь перекрытия электродов 1, 2 и 3, 4 в зазоре d, занимаемым жидким диэлектриком 5.Устройство работает следующим образом. При горизонтальном поло- жении датчика (рис. 3.1, а) емкости дифференциального конденсатора С1, С2 равны между собой. В зазоре d, занимаемым жидким диэлектри- ком 5, площадь перекрытия электродов 1, 2 и 3 равна площади перекрытия электродов 1, 2 и 4. При отклонении датчика от горизонтального положе- ния изменяются площади перекрытия электродов 1, 2 и 3, 4 в зазоре, за- нимаемым жидким диэлектриком 5.На рис. 3.1, б показано расположение выходных электродов 3, 4 и жидкого диэлектрика 5 при наклоне датчика, когда площадь перекрытия электродов 1, 2 и 3 меньше площади перекрытия электродов 1, 2 и 4 в за- зоре, занимаемым жидким диэлектриком 5. В результате емкость диффе- ренциального конденсатора С1 будет меньше емкости С2. При наклоне датчика в обратном направлении емкость С1 будет больше емкости С2.Изменение дифференциальной емкости С1, С2 пропорционально изме-нению угла наклона датчика относительно горизонтального положения. Если жидкий диэлектрик занимает половину объема внутренней полости датчика, при этом втулка 6 и изоляционная прокладка 7 имеют кольцевую форму, а выходные электроды 3, 4 имеют форму полукруга, то такой дат- чик будет иметь линейную характеристику в диапазоне углов 900.В датчике можно использовать любой жидкий диэлектрик со стабиль- ными свойствами в заданном диапазоне рабочих температур, например, полиметилсилоксановую жидкость ПМС-10. Прокладку 7 можно, напри- мер, выполнить из фторопласта. Схема лабораторной установки приведе- на на рис. 3.3.
Построить статическую характеристику датчика Uвых = f(). Сделать выво-ды по результатам исследований.4. |
|