2 Описание работы автоматизированного лабораторного стенда

2.1 Структура автоматизированного лабораторного стенда

Внешний вид автоматизированного лабораторного стенда представлен на обложке. Аппаратная часть стенда конструктивно выполнена в виде измерительного блока с установленными в него термокамерой с образцами, преобразователями емкости и температуры во временной интервал. Управление измерительным блоком и обработка измерительной информации производится персональным компьютером, подключаемым к измерительному блоку с помощью интерфейсного модуля через порт USB (рисунок 2.1).

На структурной схеме показаны следующие элементы:

Термостат – предназначен для нагрева образцов,

Образцы – набор исследуемых конденсаторов с различным типом диэлектрика,

Датчик температуры – датчик на основе кремниевого диода,

Узел управления нагревателем и нагревательный элемент позволяют устанавливать заданную температуру в термостате,

Коммутатор образцов позволяет подключить необходимый образец в измерительную цепь,

Переключатель напряжений обеспечивает поочередное измерение напряжений, соответствующих емкости и температуре,

Преобразователь CU осуществляет преобразование емкости в напряжение методом заряда конденсатора от генератора линейно изменяющегося напряжения,

Преобразователь TU совместно с датчиком температуры осуществляет преобразование температуры в напряжение,

Преобразователь U t – осуществляет преобразование напряжения в интервал времени методом двойного интегрирования,

Интерфейсный модуль – микропроцессорное устройство, которое осуществляет управление элементами измерительного блока, процессом измерения и обеспечивает обмен информацией с персональным компьютером,

Источник питания – стабилизированный ИП, работающий от сети переменного тока 220 В.

2.2 Принцип измерения емкости

Для реализации преобразователя CU используется метод заряда конденсатора от генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). С генератором линейно изменяющегося напряжения последовательно соединены измеряемый конденсатор и преобразователь ток-напряжение IU, с коэффициентом преобразования K (рисунок 2.2а). Сигнал, вырабатываемый ГЛИН, имеет пилообразную форму (рисунок 2.2б).

Ток через конденсатор рассчитывается по формуле:

,

где dU/dt – скорость изменения напряжения на выходе ГЛИН.

Напряжение на выходе преобразователя CU равно:

Поскольку напряжение ГЛИН во времени изменяется линейно, то его производная – константа. Поскольку K также является константой, то напряжение на выходе преобразователя CU прямо пропорционально емкости исследуемого конденсатора.

Достоинством этого метода является простота реализации измерения в широком диапазоне изменения значения емкости, высокая точность и скорость измерения.

2.3 Измерительный блок

На фото представлен измерительный блок со снятой крышкой. В блоке установлена термокамера с исследуемыми образцами конденсаторов, плата источника питания, плата с электронными узлами измерительных преобразователей и микропроцессорная плата интерфейсного модуля.