Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

Факультет авиационных и космических систем

Кафедра информационно-измерительной техники

Лабораторная работа №1

Емкостные датчики давления.

Статические характеристики

Выполнила:

студентка |||–го курса

ФАКС, гр. ВВ-72

Черненко И. А.

Проверила:

Сикоза Е. Н.

Киев

2009

Цель работы: изучение основных принципов построения и особенностей

применения емкостных датчиков давления.

Приборы и принадлежности:

• макет емкостного преобразователя давления;

• осцилограф;

• частотомер;

• источник питания.

1. Краткие теоретические сведенья

Измерительные цепи емкостных датчиков. Для работы с емкостными преобразователями применяются мостовые, потенциометрические и генераторные схемы включения.

На рис.1.1 приведена потенциометрическая измерительная цепь на основе операционного усилителя.

Рис. 1.1 - Потенциометрическая измерительная цепь

На рис. 1.2 приведена измерительная цепь с резонансным контуром . Цепь подключена к генератору гармонических колебаний с фиксированной частотой ₀ . При изменении емкости преобразователя С, сопротивление контура изменяется по резонансной кривой и достигает мак­симума при: .

Рис. 1.2 - Измерительная цепь с резонансным контуром

Полагая, что

C = C₀ +C, а Q = ₀L/R,

напряжение на контуре можно выразить соотношением:

На склонах резонансной кривой выбирается квазилинейный участок, который и используется для преобразования значений емкости в напряжение.

На рис. 1.3 приведена измерительная цепь на основе простейшего мультивибратора, которая обеспечивает формирование импульсного сигнала, частота которого обратно пропорциональна емкости датчика С.

Рис. 1.3 - Измерительная цепь на основе простейшего мультивибратора

2. Порядок выполнения работы

2.1 Изучить основные свойства, характеристики и схемы включения емкостных

измерительных преобразователей давления.

2.2 Освоить необходимую для проведения экспериментов измерительную

аппаратуру.

2.3 Исследовать емкостной датчик давления, выходным параметром которого

является частота импульсного сигнала. Эксперимент реализован на основе

виртуальных приборов Lab1.vi пакета LabVIEW.

Определить характеристики макета емкостного датчика давления для трех,

заданных преподавателем, начальных расстояний между электродами

преобразователя.

При самостоятельном выполнении лабораторной работы, необходимо указанные начальные расстояния между электродами устанавливать согласно следующим соотношениям указанным в таблице 2.1, nn – две последние цифры шифра зачетной книжки студента.

Таблица 2.1 – Исходные данные

Расстояние	Значение, в мм
первое	2+ 0,3*14=6,2
второе	4+ 0,1 *14=5,4
третье	7+ 0,1*14=8,4

2.3.1 Установить первое заданное начальное расстояние между электродами.

2.3.2 Установить напряжение питания схемы равным 5 В.

2.3.3 Задавая давление от 0 до 1 атм, снять показания частотомера в 10 точках

диапазона.

2.3.4 Установить напряжение питания схемы 6 В и повторить п.3.3.

2.3.5 Установить последовательно второе и третье заданное начальное расстояние

между электродами и повторить процедуры по пунктам 3.2 – 3.4.

2.3.6 Полученные результаты представить в графическом виде.

2.3.7 Для каждой из полученных характеристик определить максимальное значение

погрешности нелинейности.

2.3.8 Определить максимальное значение чувствительности датчика к изменению

напряжения питания.

2.3.9 Написать, в общем виде, уравнение преобразования для используемой схемы

подключения датчика давления на основе плоского конденсатора и

преобразователя емкость-частота, т.е. определить зависимость выходной

частоты f от преобразуемого давления p, учитывая, что перемещение обкладки

конденсатора, связанной с мембраной – линейно (формула (2.1)):

f = F(p); (2.1)

3 Результаты измерений

3.1 Напряжение питания схемы 5 В

Результаты измерения зависимость частоты от температуры при L=6,2 мм приведены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1 Расстояние 1 - L=6,2 мм

Давление, атм	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Частота, кГц	130,2	126,0	121,8	117,6	113,4	109,0	105,0	100,8	96,6	92,4	88,2

Результаты измерения зависимость частоты от температуры при L=6,2 мм приведены в таблице 3.1.2.

Таблица 3.1.2 Расстояние 2 - L=5,4 мм

Давление, атм	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Частота, кГц	113,4	109,2	105,0	100,8	96,6	92,4	88,2	84,0	79,8	75,6	71,4

Результаты измерения зависимость частоты от температуры при L=6,2 мм приведены в таблице 3.1.3.

Таблица 3.1.3 Расстояние 3 - L=8,4 мм

Давление, атм	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Частота, кГц	176,4	172,2	168,0	163,8	159,6	155,4	151,2	147,0	142,8	138,6	134,4