3.3 Расчет статической характеристики

Для того чтобы рассчитать емкость и частоту для различных значений плотности топлива необходимо найти коэффициент зависимости плотности от диэлектрической проницаемости:

Ɛ - 2,01

ρ – 0,8

ρ/ Ɛ = 0,8/2,01 = К = 0,39;

Ɛ = 1/К * ρ;

После того как мы нашли коэффициент, рассчитываем емкость и частотувыходного сигнала для трех значений плотности (0.7, 0.8, 0.9).

- Для плотности равной 0,7 ,

Ɛ₁ = 1/0,39 * 0,7 = 1,79;

С₁ = 206*1,79/2 = 184,72 пФ;

F₁ = 2,14 * 10⁶/1,847 = 1,158 МГц;

- Для плотности равной 0,8,

С₂ = 206,4 пФ;

F₂ = 1,036 МГц;

- Для плотности равной 0,9,

Ɛ₃ = 1/0,39 * 0,9 = 2,3;

С₃ = 206 * 2,3/2 = 236,9 пФ;

F₃ = 2,14 * 10⁶/2,369 =0,903 МГц;

На основании рассчитанных нами значений, строим график зависимости частоты от плотности топлива.

График 1. График зависимости частоты от плотности топлива

Из графика зависимости частоты от плотности топлива видно, что чем меньше плотность топлива, тем больше частота на выходе преобразователя.

3.4 Расчет инструментальной погрешности

Инструментальная погрешность измерения — составляющая погрешность измерения, зависящая от погрешности применяемых средств измерений. Данная погрешность имеет несколько составляющих, наиболее важные из которых определяются несовершенством конструкции (или схемы), технологии изготовления средств измерений, постепенным их износом и старением материалов, из которых эти средства измерений изготовлены.

Инструментальные погрешности датчика плотности вызываются главным образом влиянием температуры на параметры элементов мостовой схемы (конденсаторов, сопротивлений). Уменьшение этих погрешностей достигается применением элементов с малыми температурными коэффициентами или введением температурной компенсации.

Погрешности в преобразователе могут быть:

- от длины импульса тактовой частоты в частотомере

- от времени запаздывания переключения элементов в преобразователе(компараторы, операционные усилители, триггерый)

- от нелинейности статической характеристики преобразователя.

При расширении диапазона изменения выходной частоты все заметнее проявляется конечное время переключения аналоговых ключей, что выражается в интегральной нелинейности преобразования. Ее минимальная погрешность (0,01 %) достигается в узком диапазоне частот 0–10 кГц. В расширенном диапазоне выходных частот (0–500 кГц) погрешность нелинейности увеличивается до 0,1 %.

Для получения высокой точности преобразования необходимо проводить измерение не частоты выходных импульсов, а периода времени прохождения N импульсов. Тогда погрешность преобразования, связанная с погрешностью измерения частоты, будет определяться следующей формулой:

Из графика 2 видно, что с увеличение частоты нелинейность преобразователя увеличивается. При f = 50 кГц равна 0.01% от диапазона измерений, а при частоте 400 кГц равно 0,1 %

График 2. Нелинейность от диапозона частот.

Заключение

В данном проекте представлен измеритель плотности ёмкостной с частотным выходным сигналом. Датчик с частотным выходом более актуален, чем аналоговым, так как :

- В системах с разными землями можно обеспечить емкостную или оптическую связь сигналов для избегания «петли» и других нежелательных эффектов.

- Шумов, вносимых в аналоговый сигнал длинным кабелем, можно избежать, передавая сигналы с логическими уровнями определенной частоты.

- Измерение частоты вместо аналоговых величин позволит применить более простой микропроцессор, поскольку не требуется применение АЦП.

Также была разработана функциональная схема ПНЧ с источником опорного напряжения. Также был рассчитан емкостной датчик и схема преобразования емкости в частоту с наглядным графиком зависимости выходного частотного сигнала от плотности топлива. При построении чертежа датчика была встроена схема преобразования ПП-1108.