Оформление результатов измерений

1) Снял статическую характеристику датчика, построил статическую характеристику датчика (зависимость выходного напряжения U_Bblx от измеряемой емкости С при заданных значениях сопротивлений R₁, R₂ и емкости конденсатора Со) на частоте 50 кГц; Снятые показания представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

С₀ положение 1, С₀ = 42,57 пФ. R₁=5,698 кОм, R₂=5,701 кОм

Uвыx,В	-0,8348	0,0032	0,7245	0,8928		0,9792	1,0488	1,1072	1,2149	1,3144
С,пФ	25	62	80	100		120	140	160	200	240
	1,3967	1,4751	1,5305	1,6187	1,7001
	280	320	350	400	450

Таблица 2

С₀ положение 1, С₀ = 42,57 пФ. R₁=55,19 кОм, R₂=55,19 кОм

UBblx	-1,4533	0,1069	1,0054	1,5477		1,8366	2,0448	2,2054	2,4663	2,6783
С,пФ	25	62	80	100		120	140	160	200	240
	2,8477	2,9446	3,0963	3,2465	3,3670
	280	320	350	400	450

На рис. 8 представлена статическая характеристика исследуемой схемы.

Рис. 8. Статическая характеристика.

1. -при С₀ = 42,57 пФ. R₁=5,698 кОм, R₂=5,701 кОм

                         2. – при С₀ = 42,57 пФ. R₁=55,19 кОм, R₂=55,19 кОм

Вывод: Лучше всего для работы с датчиком использовать кривую 2 чем 1 потому что она имеет больший отрезок линейности, это объясняется большим эффектом шунтирования.

2)определил амплитудно-частотные характеристики измерительной схемы при разных значениях Сх и R₁ = R₂ = R; на рис. 9 и таблицах 3 и 4 показаны эти характеристики

Таблица 3

Амплитудно-частотная характеристика при R₁=R₂=85,32 кОм

1) F, 2) кГц	Uвых, В, Сх:
	100 пФ	150 пФ	200 пФ	250 пФ	300 пФ	350 пФ	400 пФ	450 пФ
20	1,2452	1,7045	2,0073	2,2567	2,4486	2,6139	2,7532	2,8731
30	1,4086	1,9790	2,3080	2,5670	2,7631	2,9276	3,0695	3,1910
40	1,4761	2,0810	2,4224	2,6775	2,8770	3,0735	3,2305	3,3541
50	1,4963	2,1101	2,4500	2,7183	2,9406	3,1250	3,2767	3,3998
60	1,4845	2,1146	2,4588	2,7373	2,9630	3,1424	3,2845	3,3981
70	1,4639	2,1091	2,4573	2,7380	2,9556	3,1255	3,2622	3,3730
80	1,4410	2,0725	2,4430	2,7330	2,9358	3,0974	3,2247	3,3276
100	1,3786	1,9374	2,3343	2,6482	2,8554	3,0091	3,1263	3,2186
200	1,1070	1,4951	1,7409	1,9411	2,0689	2,1621	2,2320	2,2858

 

Таблица 4

Амплитудно-частотная характеристика при R₁=R₂=55,19 кОм

3) F, 4) кГц	Uвых, В, Сх:
	100 пФ	150 пФ	200 пФ	250 пФ	300 пФ	350 пФ	400 пФ	450 пФ
8	1,1177	1,4893	1,7539	1,9807	2,1486	2,3239	2,4532	2,5731
10	1,3478	1,7890	2,0080	2,3670	2,5631	2,7276	2,8695	2,9610
12	1,4918	2,0810	2,4224	2,5775	2,7770	2,9735	3,0305	3,2541
15	1,4963	2,1141	2,4500	2,7183	2,9406	3,1250	3,2767	3,3698
20	1,5585	2,1106	2,4588	2,6373	2,9630	3,1124	3,2845	3,3981
30	1,4639	2,1091	2,3573	2,4380	2,8556	2,9055	3,1622	3,2730
40	1,4410	1,8125	2,2430	2,3630	2,6358	2,7974	2,8247	2,9276

Рис. 9. Обобщенные амплитудно-частотные характеристики исследованной схемы

Определялись амплитудно-частотные характеристики измерительной схемы при разных значениях Сх и R₁ = R₂ = R. Были обнаружены «резонансные» свойства (для постоянных значений Сх и R₁ = R₂ = R выходной сигнал U_вых достигает максимума при определенной частоте F следования двуполярных импульсов питания).

Обобщенные амплитудно-частотные характеристики схемы при различных Сх и R приведены на рис. 3. Кривая 1 получена при значении измеряемой емкости Сх₁, кривые 2,3,4 – при Сх₂ причем Сх₁ < Сх₂ и разных сопротивлениях. Из всего следует что, измерительная схема может быть настроена на оптимальное значение частоты F_опт, когда выходной сигнал максимален при различных Сх (кривые 1,2) и слабо зависит от частоты импульсов питания (конечно в некоторых пределах). Этот эффект обнаруживается только при определенной величине R₁ и R₂.

При увеличении сопротивления оптимальное значение частоты смещается влево (кривая 4), а максимальное значение выходного напряжения уменьшается. При уменьшении сопротивлений наблюдается обратная зависимость (кривая 3). Таким образом, схема, настроенная на оптимальную частоту при одном значении Сх (кривая 1), не будет оптимальной для других значений Сх (кривые 3,4).

3) Определение оптимальных значений F и R, для исследуемой схемы.

Чтобы определить оптимальные значения F и R, при двух значениях Сх  (Сх₂ =2С₀ и Сх₁ несколько большей С₀) были сняты экспериментальные зависимости частоты максимума (F_Umax) от сопротивления R (таблицы 5 и 6 и рис. 4), где кривая 1 получена для Сх₁ < С₀ а кривая 2 – для Сх₂ = 2С₀

Таблица 5

R₁=15,45 кОм, R₂=5,700 кОм, F=50 кГц.

UBblx	-1,0278	-0,0449	0,6891	0,8710		1,0230	1,0755	1,1706	1,2552	1,3251
С,пФ	25	62	80	100		120	140	160	200	240
	1,3883	1,4330	1,5014	1,5650	1,6678
	280	320	350	400	450

 

Таблица 6

R₁=15,45 кОм, R₂=105,4 кОм, F=50 кГц.

UBblx	-0,8780	0,7525	1,7307	2,4650		2,8930	3,2767	3,5045	3,9612	4,3432
С,пФ	25	62	80	100		120	140	160	200	240
	4,6350	4,8851	5,0500	5,2963	5,4970
	280	320	350	400	450

 

Рис. 5. Обобщенные регулировочные характеристики схемы

Кривые 1 и 2 пересекаются в точке, соответствующей оптимальным значениям частоты F_опт и сопротивления R_опт. При этом выполняется условие Т/τ=3,5, где τ= R_опт. Сх₂; Т=1/ F_опт. Все подобные характеристики для Сх₁< Сх< Сх₂ находятся между кривыми 1 и 2 и пересекаются в той же точке. Так из рис. 6 видно что, в исследованной схеме оптимальное значение сопротивления – 48кОм, при этом частота источника питания составила 80кГц.,а максимальный выходной сигнал составил 1,3В.

Рис. 6. Обобщенная характеристика схемы после настройки

Заключение

Данная схема позволяет смещать характеристику в область положительных или отрицательных значений выходного напряжения путем выбора разных значений R₁ и R₂ (при R₁ ≠ R₂), т.е настраивать устройство только изменением сопротивления одного из резисторов. Благодаря такому включению резисторов R₁ и R₂ , а также наличию двух накопительных конденсаторов (С₁ и С₂), появляется возможность территориально разнести конденсаторы Сх и С₀ на значительные расстояния.

В ходе проделанного исследования сделанные выводы можно применять для рассмотрения датчиков расхода топлива, датчиков перемещения. Данная схема наглядно показывает все существующие недостатки методов определения расхода топлива не емкостным методом.

 

 

Список литературы

1. Левшина Е. С. Электрические измерения физических величин./ Е. С. Левшина, П. В. Новицкий. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.

2. Шивринский В.Н. Измерительная схема емкостно- диодного датчика // Датчики и системы. – 2005.- № 11.

3. Магден И.Н. Преобразователи неэлектрических величин./ И.Н. Магден, В.Н. Рыбин. - М.: Знание, 1980.- 64 с.

4. Демидова – Панферова Р.М. Электрические измерения./ Р.М. Демидова – Панферова, В.Н. Малиновский, В.С. Попов. – М.: Энергоиздат, 1982. – 392 с.