Установка контроля температурной нестабильности емкости конденсаторов

    Класс точности – 0,02; 0,05

3. Резонансный метод измерения емкости

    Для измерения малых по значению емкостей применяют резонансный метод  измерений.

    В простейшем случае резонансный прибор состоит из генератора ГВЧ высокой  частоты измерительного колебательного контура LC и индикатора резонанса – электронного вольтметра.

    Схема резонансного прибора приведена на рисунке 2.3 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 2.3 – Схема резонансного прибора прибора

    Катушка индуктивности включена параллельно  конденсатору с известной емкостью.

    При резонансе частота колебательного контура, емкость и индуктивность  связаны следующим образом:

    

    Для измерения емкости  контур, состоящий из катушки с известной индуктивностью и конденсатора с известной емкостью настраивают в резонансе на частоту .

    Схема резонансного прибора для измерения  емкости (при  ) приведена на рисунке 2.4 

            
 
 
 
 
 
 

    Рисунок  2.4 Схема резонансного прибора для  измерения емкости

    Затем параллельно конденсатору подключают конденсатор и изменение емкости конденсатора добиваются резонанса при той же частоте .

    Соответствующее значение емкости будет равно  .          Следовательно: , откуда

    

    Если  , то выполняют те же операции, но только при последовательном соединении и . При этом искомая емкость:

    

,

    где .

    Резонансный метод применяется на высоких частотах , так как на высоких частотах резонанс носит более резко выраженный характер, чем на низких.

    Диапазон  измерений:

    -при  измерении емкостей от пФ до 5000пФ;

    -при  измерении индуктивностей от  долей мГн до 100 мГн. 
 
 
 

3. Выбор метода контроля и  разработка структурной  схемы

   Для контроля температурной нестабильности емкости конденсатора выбираем мостовой метод измерения. Цифровой мост измеряет неизвестную емкость путем сравнения ее со стандартной. Процесс измерения полностью автоматизирован, включая подбор поддиапазонов. Отображение результатов измерения осуществляется на жидкокристаллическом индикаторе блока управления. Управление процессом измерения может также осуществятся с помощью персонального компьютера. Данный метод выбираем из-за простоты выбора оборудования и составления схемы. Для выбранного метода контроля разработана схема изображенная на рисунке 3.1

   

     

                                                                                 

     Эвм                                                                        к ОК        
 

    Рисунок 3.1 Структурная схема измерения  емкости

    1-цифровой  мост переменного тока;

    КТХ -  камера тепла и холода.

    Коэффициент температурной нестабильности определяют по формуле:

    

                    (3.1)

     воздействия температуры.

    Относительная погрешность измерения температурной  нестабильности (КТНЕ) рассчитывается по формуле:

    

                            (3.2)

     - погрешность измерения емкости  с учетом погрешности(точности) задания  температуры.

  

    

    Следовательно, относительная погрешность измерения  температурной нестабильности емкости конденсаторов  примет вид:

    

    Выбираем  значение емкостей.

     .

     - емкость измеренная до термического  воздействия 

    Значение  емкости  получим выразив из уравнения (3.1)

    

    

               (3.3)

    Подставив в формулу (3.3)  допускаемое значение получим:

    

    Таким образом значение .

    Выберем значение .

4. Расчет погрешности установки и определение требований к компонентам установки.

4.1 Расчет погрешности установки

В данном курсовом проекте рассматривается  контроль с двухсторонним допуском.  Законы распределения контролируемых параметров принимаются нормальными, а закон распределения погрешности установки контроля – равномерным.

 
 

Рисунок 4.1 – Распределение контролируемого параметра 

   Прежде чем предъявить требования  к компонентам установки необходимо  предварительно определить предельную  допускаемую погрешность установки. 

   При этом суммарная погрешность  всех компонентов не должна превышать допустимой погрешности.

Абсолютную  допускаемую погрешность определим  по следующей формуле:

где Р_ош - вероятность ошибки 1-го рода, т.е. вероятность того, что годное изделие будет забраковано;

f(х1),f(х2) - допускаемые значения.

Относительная погрешность составит:

 

_{4.2 Определение требований к компонентам установки}

    _{Объектом  исследования является конденсатор К10-17а  с характеристиками:}

    

    _{Для расчета необходимо max значение емкости, какое получается при max значении КТНЕ конденсатора.}

     .

Относительная погрешность измерения определяется по формуле:

По методу равных влияний принимаем:

Т.к  и -погрешности измерения емкости с учетом погрешности задания температуры, то эти погрешности будут состоять из двух слагаемых:

 
 
 
 

Пользуясь характером зависимости емкости конденсаторов от температуры представленной на рисунке 1.1 получим:

Для емкости  :

С такой  точностью нужно установить

Для емкости

Камеру  тепла и холода выбираем с точностью   

     Ко  всем используемым техническим средствам  принимаем требование:

• Приборы должны иметь выход цифрового вида и по необходимости наличие управляющей ЭВМ.
• Выбранные СИ должны иметь один предел измерения.

Относительная погрешность установки должна составлять не более 11,4%. 

5. Выбор стандартных компонентов

 

  В соответствии с указанными требованиями к компонентам установки в  предыдущем пункте выбираем следующие  средства измерений:

  -Цифровой  мост переменного тока СА7100-2;

  -Камера  тепла и холода КТХ-0,4-65/155. 

  

1. Цифровой  мост переменного  тока СА7100-2

 

  Основное назначение моста СА7100-измерение тангенса потерь и емкости.

  Область применения:

1. Измерение тангенса угла потерь и емкости;
2. Измерение параметров силовых конденсаторов;
3. Измерение напряжения.

  Технические характеристики:

  Измеряемые  величины: емкость, тангенс угла потерь, напряжение, частота.

  Параметры встроенного эталонного конденсатора:

       емкость – 50…200 пФ.

       напряжение – 10 кВ.

  Емкость внешнего эталонного конденсатора – 10…10000 пФ.

  Сила  тока через эталонный конденсатор  – от 10 мкА до 10мА.

  Сила  тока через объект измерения – от 0 до 0,5 А.

  Диапазон  частот рабочего напряжения – от 48,7 до 61,2 Гц.

  Диапазон  измерений емкости (4 поддиапазона) – от 0 до 1000.

     где  - емкость эталонного конденсатора.

  Диапазон  измерений тангенса угла потерь – 0…1.

  Пределы допускаемой относительной погрешности  при измерении:

     емкости -

     при использовании внешнего эталонного  конденсатора - .

     тангенса угла потерь - ±(1 × 10^-4 + 0,01 × tgδ).

     рабочего напряжения - .

     частоты - ±0,1 Гц.

  Архивирование результатов измерений, записей – 1000.

  Предел дополнительной погрешности при измерении сопротивления при воздействии на измерительный вход моста "Сх, Rх" синусоидального тока промышленной частоты с действующим значением до 0,5 мА, - ±0,2 %. 

  Эксплуатационные характеристики:

  -   Мост состоит из Блока управления, устанавливаемого на рабочем месте оператора, и Блока измерительного, который размещается в высоковольтной зоне. Связь БУ с БИ осуществляется с помощью волоконно-оптического кабеля. Это обеспечивает полную электробезопасность персонала.

  - Процесс измерения полностью автоматизирован, включая выбор поддиапазонов. Отображение результатов измерения осуществляется на жидкокристаллическом индикаторе БУ (2 строки по 16 знакомест). Управление процессом измерения может также осуществляться с помощью персонального компьютера.