Введение

Плотность топлива измеряется с помощью емкостного датчика плотности. Работу датчика можно рассмотреть на примере ДПЕ5-1т.

Датчик плотности служит для получения электрического сигнала, пропорционального плотности топлива. Датчик плотности включен в цепь измерительного емкостного моста, находящегося в блоке БОП5-1т. С помощью потенциометрической следящей системы, осуществляется измерение действительной плотности и непрерывное внесение поправки на плотность в показания указателя расхода.

Емкостные чувствительные элементы нашли широкое применение для измерения перемещений (угловых и линейных), усилий, давлений, уровня, влажности, температуры и других физических величин. Принцип действия емкостных чувствительных элементов состоит в том, что измеряемая величина может быть связана с одним из параметров, определяющих емкость конденсатора, а именно, диэлектрической постоянной ε среды, эффективной площадью S электродов, расстоянием (зазором) δ между электродами, диэлектрическими потерями ∆. В пространстве между электродами находится диэлектрик в виде газа (воздуха), жидкости, твердого тела или их комбинаций.

Для применяемых марок топлива Т-1, ТС-1, Т-7 диэлектрическая проницаемость практически пропорциональна плотности топлива.

Таким образом, по значению электрической емкости датчика плотности, полностью залитого топливом, можно судить о значении плотности топлива.

Конструктивно датчик плотности состоит из: корпуса, пакета пластин и штепсельного разъема. Пластины объединены перемычками в две группы, от каждой группы предусмотрены токоподводы к штепсельному разъему.

На базе преобразователей напряжение-частота (ПНЧ) могут быть построены интегрирующие АЦП, обеспечивающие относительно высокую точность преобразования при низкой стоимости. Существует несколько видов ПНЧ. Наибольшее применение нашли ПНЧ с заданной длительностью выходного импульса. Структурная схема такого ПНЧ приведена на рис. 1. По этой схеме построена ИМС VFC-32 (отечественный аналог - 1108ПП1).

Работает ПНЧ следующим образом. Под действием положительного входного сигнала U_вх напряжение U_и на выходе интегратора И уменьшается. При этом ключ S разомкнут. Когда напряжение U_и уменьшится до нуля, компаратор К переключается, запуская тем самым одновибратор. Одновибратор формирует импульс стабильной длительности Т_и, который управляет ключем. Последовательность этих импульсов является выходным сигналом ПНЧ. Ключ замыкается и ток I_оп в течение Т_и поступает на вход интегратора, вызывая увеличение выходного напряжения интегратора. Далее описанный процесс снова повторяется.

Рисунок 1. Структурная схема ПНЧ

Импульсы тока I_оп уравновешивают ток, вызываемый входным напряжением U_вх. В установившемся режиме

(1)

Отсюда следует

(2)

где U_вх.ср - среднее значение входного напряжения за период Т. Выражение (2) [1] показывает, что точность преобразования определяется точностью установки опорного тока I_оп, точностью выдержки длительности импульса одновибратора Ти, а также точностью резистора R. Емкость конденсатора интегратора не оказывает влияния на частоту ПНЧ.

Рисунок 2. Блок-схема АЦП на основе ПНЧ

Таким образом, по существу ПНЧ преобразует входное напряжение в унитарный код. Для его преобразования в двоичный позиционный можно использовать счетчик. Схема интегрирующего АЦП на базе ПНЧ приведена на рис. 2. Двоичный счетчик подсчитывает число импульсов, поступивших от ПНЧ за период Т_отсч=1/f_отсч, задаваемый отсчетными импульсами, которыми содержимое счетчика заносится в выходной регистр-защелку. Вслед за этим происходит обнуление счетчика. Число импульсов n, подсчитанных счетчиком за время Т_отсч, [1]

(3)

Здесь U_вх.ср - среднее значение входного напряжения за весь период Т_отсч.

Можно заметно повысить точность ПНЧ, если вместо одновибратора включить тактируемый импульсами стабильной частоты D-триггер. Несложно, что в этом случае ПНЧ превращается в однобитный сигма-дельта модулятор. [1]