Расчет датчиков

Датчик давления реализован на емкостного датчика (конденсатора), одна обкладка (пластина) которого неподвижна, а другая перемещается под воздействием внешней силы.

Необходимо:

− рассчитать предельные значения емкости датчика давления и построить график зависимости емкости от расстояния между обкладками (пластинами) (считать, что ε = 100);

− построить график зависимости сопротивления датчика давления от частоты электрического сигнала для средней емкости;

− выбрать оптимальную рабочую частоту (fопт) датчика;

− рассчитать и построить график падения действующего напряжения на датчике, который включен в электрическую измерительную цепь во всем диапазоне изменения емкости датчика. Измерительная цепь питается от генератора синусоидального сигнала.

Исходные данные:

− площадь обкладок пластин, м2;

− расстояние между обкладками конденсатора, м, м;

− напряжение, В;

− характеристика среды, ;

− диэлектрическая постоянная, ;

Предельные значения емкости определяем по формулам 1 и 2.

, (1)

; (2)

Ф,

Ф.

На рисунке 5 представлен график зависимости емкости от расстояния между обкладками конденсатора .

Рисунок 5 − График зависимости емкости от расстояния между обкладками конденсатора

Среднее расстояние между обкладками конденсатора определяем по формуле 3.

, (3)

м.

Среднюю ёмкость определяем по формуле 4.

, (4)

Ф.

Сопротивление конденсатора рассчитывается по формуле 5.

. (5)

где f − частота электрического сигнала, Гц.

На рисунке 6 представлен график зависимости сопротивления конденсатора от частоты электрического сигнала .

Рисунок 6 − График зависимости сопротивления конденсатора от частоты электрического сигнала

Выбор оптимальной частоты fопт сводится к нахождению касательной к графику, представленному на рисунке 9, которая имеет наклон 45°.

Итак, из графика Гц при Ом.

Схема включения в цепь датчика давления представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 − Схема включения в цепь датчика давления

Генератор сигналов работает на оптимальной частоте. Сигнал от него имеет форму . Сопротивление R выбирается из условия R = rс, где rс рассчитывается для dср на fопт.

Действующее значение напряжения для синусоидального сигнала не зависит от частоты и рассчитывается по формуле 6.

, (6)

В.

Напряжение в датчике определяем по формуле 7.

. (7)

В зависимости от расстояния между обкладками конденсатора формула 7 примет вид , где соответственно .

Прочитайте еще и эти статьи:

Расчет операционного усилителя с использованием типовых электронных функциональных микроузлов
операционный усилитель электронный цифровой микроузел Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми величинами при работе в схеме с отрицательной обратной св ...

Спутниковая навигация
- что же это такое? Global Positioning System - система глобального позиционирования, т.е. некая система, позволяющая с большой точностью определить координаты любого объекта на поверхности Земли. Благодаря появлению компактных GPS-модулей спутн ...