Факультет приборостроения и информационной техники

Кафедра метрологии и систем качества

 
 
 

УСТАНОВКА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ              ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ  

Курсовая  работа

по дисциплине "Методы и средства контроля"

МСК 200501 –06КР08ПЦ1.39

 
 
 
 

Выполнила студентка группы                                     Хвостова Д.В

Руководитель -                                                Б. П. Сибринин

Работа защищена с оценкой

Председатель  комиссии                                            Б. П. Сибринин

Члены комиссии:                                                               

                                                                 

2011

Содержание

Введение

1. Описание основных характеристик объекта контроля

1.1Общие сведения

1.2Коэффициент температурной нестабильности КTHE

1.3Описание конденсаторов К10-17а

2. Методы измерения
3. Выбор метода контроля и разработка структурной схемы.
4. Расчет погрешности установки и определение требований к установке.
1. Расчет погрешности установки
2. Определение требований к компоненту.
5. Выбор стандартных компонентов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение  

        Цель данной курсовой работы состоит в разработке установки контроля температурной нестабильности емкости конденсаторов.

       Работа состоит из 5 разделов.

         В первом разделе необходимо  описать объект контроля, общие сведения.

        Во втором разделе нужно описать  метод измерения, разработать  схему структурную и электрическую  для экспериментального определения температурной нестабильности емкости конденсаторов.

          В третьем разделе необходимо рассчитать требования к компонентам установки. Определить требования к погрешности установки, рассчитать метрологические характеристики компонентов.

          В четвертом разделе нужно  выбрать приборы, которые удовлетворяют  определенным условиям.

         В пятом разделе рассчитать контрольные допуски и условную вероятность ошибки первого рода. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Описание  основных характеристик  объекта контроля

 

1. Общие сведения

   Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком и предназначенный для использования его емкости.

   Конденсаторы являются одним из наиболее массовых элементов электрических цепей. Электрические характеристики, конструкция и область применения зависят от типа диэлектрика между его обкладками. По виду диэлектрика конденсаторы можно разделить на 5 групп:

1. С газообразным диэлектриком(воздушные, газонаполненные, вакуумные)
2. С жидким диэлектриком
3. С твердым неорганическим диэлектриком (керамические, стеклокерамические, стеклоэмалевые, слюдяные)
4. С твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные)
5. С оксидным диэлектриком (электролитические, оксидно-полупроводниковые)

    У конденсаторов различают номинальное  с фактическим значения емкости. Номинальная емкость указывается на его маркировке в сопроводительной документации; фактическая – это значение емкости, измеренное при данной температуре и определенной частоте.

    Допускаемое отклонение емкости обычно задается в процентах:

    

              (1.1)

    Керамические конденсаторы. Эти конденсаторы широко применяются в высокочастотных цепях. Основой конструкции керамического конденсатора является заготовка из керамики, на две стороны которой нанесены металлические обкладки. Конструкция может быть секционированной, трубчатой или дисковой. Эти конденсаторы нетрудоемки в изготовлении и дешевы. Для изготовления конденсаторов применяется керамика с различными значениями диэлектрической проницаемости (e>8) и температурного коэффициента, который может быть как положительным, так и отрицательным. Численные значения ТКЕ лежат в пределах от -2200 ^. 10^-6  до +100 ^. 10^-6 1/°C . Применяя параллельное включение конденсаторов с разными знаками ТКЕ можно получить достаточно высокую стабильность результирующей емкости. [1]. 

2. Коэффициент температурной нестабильности КТНЕ

    Необратимые изменения емкости конденсаторов при воздействии тепла характеризуются остаточным относительным изменением емкости (после возвращения к определенной температуре). Такое изменение называется коэффициентом температурной нестабильности емкости конденсаторов. [2]

    Коэффициент температурной нестабильности емкости  конденсаторов определяется по формуле:

    

        (1.2)

    где С1 – емкость конденсатора, измеренное до испытания Ф(пФ)

          С2 – емкость конденсатора  измеренное во время или после  испытания Ф (пФ) [3]

    Характер  зависимости емкости конденсаторов  от температуры представлен на рисунке 2.

    

    Рисунок 1.1 – Характер зависимости емкости конденсаторов от температуры 

3. Описание  конденсатора КП10-17а

    Объектом  исследования является керамический конденсатор  КП10-17а представлен на рисунке 1.

     

    Рисунок 1.2 – конденсатор КП 10-17а 

    Предназначен  для работы в электрических цепях  постоянного, переменного токов и в импульсных режимах. Конденсаторы такого типа выпускаются в водоустойчивой и неводоустойчивом исполнениях. КП10-17а- правильной формы, изолированные керамический конденсатор, исполнение – всеклематическое.

    Технические данные:

    Температура окружающей среды                                       от -60 до +125

    Относительная влажность воздуха                                  до 98%

    Допускаемое отклонение емкости                                   

    Тангенс угла потерь                                                          не более 0,0015

    Рабочее напряжение                                                          50 В

    Номинальная емкость                                                        4700 пФ

    Температурный коэффициент емкости                              М1500

    Пределы номинальных емкостей                                        75….10000 пФ

      Сопротивление изоляции вывод-вывод                          не менее 1000 МОМ 
 
 
 

2. Методы  измерения температурной нестабильности емкости конденсаторов

 

    Все известные методы измерения КТНЕ там или иначе сводятся к определению  изменения емкости. Основные методы измерения емкости приведены  в ГОСТ 28885-90. Опишем наиболее распространенные методы измерения.

1. Метод амперметра и вольтметра

    Пренебрегая потерями в диэлектрике конденсатора, емкость его можно определить методом амперметра и вольтметра.

    Измерив ток и напряжение и зная частоту  переменного тока, емкость можно  определить по формуле:

    

    (2.1)

    Схема для измерения емкости амперметром  и вольтметром представлена  на рисунке 2.1  
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 2.1 – Схема для измерения емкости  амперметром и вольтметром.

    При измерении емкости этим методом  напряжение должно быть синусоидальным, т.к в противном случае за счет высших гармоник может произойти значительное искажение кривой тока, что может привести к большим погрешностям измерения. 

2. Мостовой  метод измерения  емкости конденсаторов

       Метод измерения емкости конденсаторов с помощью мостов переменного тока является наиболее точным.

    При измерении емкости конденсаторов  с твердым диэлектриком необходимо помнить, что кроме тока смещения в диэлектрике имеет место  ток проводимости и потери мощности на диэлектрический гистерезис. Поэтому  реальный конденсатор представляют эквивалентной схемой в виде идеального конденсатора (без потерь) емкостью С, соединенной последовательно или параллельно с активным сопротивлением, отображающим потери. 

    Измеряемым  параметром, отображающим потери мощности в конденсаторе, является тангенс угла потерь.

    Для измерения  (емкости) преимущественно используют мосты переменного тока, плечами которого являются комплексные сопротивления.

    Мостовые  схемы для измерения параметров конденсаторов с последовательной и параллельной эквивалентными схемами показаны на рисунке 2.2:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    В качестве нуль индикаторов используют электронные устройства высокой  чувствительности.

    Питание мостов осуществляется переменным напряжением частотой 50 Гц 

    Равновесие  моста имеет место при отсутствии тока в измерительной диагонали, т.е при:

    

           (2.2)

    Представив  комплексы полных сопротивлений  плеч моста в виде:

    

           (2.3)

    где i=1,2,3,4.

    Подставив (2.3) в (2.2), получим условие равновесия для моста переменного тока:

    

  (2.4)

    которое выполняется при:

    

                    (2.5)

    Если  комплексные сопротивления выразить модуль и фазовый угол:

    

                                   (2.6)

    То  есть в момент равновесия моста должны быть равны произведения модулей  сопротивлений противоположных  плеч и сумма фазовых углов  тех же плеч.

    Уравновешивание моста переменного тока требует  наличие в его схеме не менее двух регулирующих элементов.

      Так как фазовый угол плеча  с индуктивностью положителен,  а фазовый угол плеча с емкостью  отрицателен то равновесие мостов  с двумя активными сопротивлениями  возможно при следующих условиях:

1. Если оба реактивных плеча имеют емкостной или индуктивный характер, то реактивные плечи должны быть соседними;
2. Если одно плечо имеет индуктивный, а второе емкостной характер, то плечи должны быть противоположными.

 

    Диапазон  измерения емкости – 1 пФ…100 мкФ

    Диапазон  измерения тангенса угла потерь – 0,0001…1