6. Laboratóriumi gyakorlat KAPACITÍV SZINTÉRZÉKELŐK

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "6. Laboratóriumi gyakorlat KAPACITÍV SZINTÉRZÉKELŐK"

Fruzsina Kerekes
8 évvel ezelőtt
Látták:

6. Lbortóriumi gykorlt KAPAITÍV SZINTÉRZÉKELŐK. A gykorlt célj A kpcitív szintmérés elvének bemuttás. A (x) jelleggörbe ábrázolás szigetelő és vezető olyékok esetén.

1 6. Lbortóriumi gykorlt KAPAITÍV SZINTÉRZÉKELŐK. A gykorlt célj A kpcitív szintmérés elvének bemuttás. A (x) jelleggörbe ábrázolás szigetelő és vezető olyékok esetén. Egy stbil multivibrátor elhsználás konicionáló ármkörként. 2. Elméleti bevezető A kpcitív szintmérés egyverzetek közti ielektrikum permittivitásánk változásán lpszik. A konenzátor lehet henger- vgy sík-szimmetrikus. Jellemző rájuk ngy pontosság. Kpcitív szintmérés hengeres konenzátorrl:. Ábr. Kpcitív szintmérés hengeres konenzátorrl H z eényben levő olyék szigetelő, kkor z eénybe egy vezető émrút helyeznek, mi elszigetelőik z eény ljától, és z eény lávl hengerkonenzátort lkot. A mért ereő-kpcitás következő: E () hol: z eény nykánál kilkult ix kpcitás, hol émrú el vn szigetelve z eénytől 4 z eény lj és émrú közti ixkpcitás 2 z eény és émrú közti változókpcitás, ielektrikum levegő ( R ) 4

A konenzátor lehet henger- vgy sík-szimmetrikus. Jellemző rájuk ngy pontosság. Kpcitív szintmérés hengeres konenzátorrl:. Ábr.

2 3 z eény és émrú közti változókpcitás, ielektrikum mérenő olyék z összegzett przit konenzátor. A hengerkonenzátor képlete lpján 2 és 3 kpcitások: 2 ( h x) x 2π 3 2π ln D ln D (2) hol D és konenzátorhenger külső és belső átmérője tehát émrú átmérője vlmint z eény belső átmérője. Az ereőkpcitás következőképpen lkul: 2π 2π + ln D ln D [ x + ( h x) ] + [ x( ) + h] ( x) E Ajánltos, hogy értéke kisebb legyen pf-nál. Az etlonálás méréssel zonos körülmények között történik. H z eény nyg szigetelő, kkor két síkegyverzetet tesznek z eénybe, mérés menete zonos, csk síkkonenzátor számítási képletét kell hsználni. Az ereőkpcitás képletből kimr ix kpcitás: E + S + S x + ( b x) b + x( ) hol és b egyverzetek méretei, peig közöttük lévő távolság, x olyékszint. A mérés pontosság ügg hőmérséklet üggvényében történő permittivitásváltozástól és szennyezettségi októl. Vezetőolyék esetén émrú és z eény belső részét szigetelő nyggl (pl. Telon, vinil-poliklori, üveg ) vonjuk be. A mérés ugynúgy történik, csk z ereő kpcitásképlet változik. Megjelennek képletben bevonó szigetelőnygnk megelelő kpcitások. H z eény mérete túl ngy, kiegészítő eényeket lklmznk, melyben olyék szintje ugynúgy változik, mint mérenő eényben. A E olyékszint-üggő ereő kpcitását mérőhí (Suty-hi), vgy rezgőkör ( rekvenci szinttől üggően változik) segítségével mérik. A kpcitiv szintérzékelő pssziv érzékelő, ezért műkötetésére konicionáló ármkört hsználunk. Egy ilyen konicionáló ármkőr lehet egy stbil multivibrátor, melynek rekvenciáj külső ármköri elemektől (ellenállás, konenzátor) ügg. A D447 stbil multivibrátor tömbrjzát 2 ábr muttj. Az ármkör műköhet monostbil vgy stbil üzemmóbn. Az és 3 bemenetre kötött konenzátor, vlmint 2 és 3 bemenetre kötött R ellenállás értékek htározzák meg kimeneti impulzus szélességet monostbil üzemmóbn, vlmint kimeneti rekvenciát stbil üzemmóbn. Astbil üzemmóbn Q és Q kimeneteken négyszögjel kitöltési tényezője 5%. A jel perióusát T4,4R összeüggéssel htározzuk meg. Az OS OUT kimeneten upl rekvenciájú jelet kpunk, T2,2R, melynek 5%-os kitöltési tényezője nem grntált. A kpcitiv olyék szintérzékelőt mint változtthtó konenzátort z stbil multivibrátor megelelő bemeneteire kpcsolv, kimeneteken négyszögjel rekvenciáj rányos olyék szintjével. Ezt jelet már könnyen elolgozhtjuk (3) (4) 4

Az ereőkpcitás következőképpen lkul: 2π 2π + ln D ln D [ x + ( h x) ] + [ x( ) + h] ( x) E Ajánltos, hogy értéke kisebb legyen pf-nál. Az etlonálás méréssel zonos körülmények között történik.

3 számitógép segitségével, pélául iőegység ltt megszámoljuk bejövő impulzusokt. 3. A gykorlt menete 3. A lbortoriumi berenezés leírás 2. Ábr. A D447 belső kpcsolási rjz. A szintméréshez átlátszó lú eényt hsználunk. A olyék melynek szintjét mérjük esztillált víz. A víz szintjét z eény lán levő mm pontosságú vonlzóról tujuk leolvsni. A vákuum permittivitás: E-2 A esztilált víz reltív permittivitás: r 8.4 A trnszormátor olj reltív permittivitás: r 2.2 és 2.3 között vn. Hengeres konenzátor helyett síkkonenzátort lklmzunk. A konenzátorlpok méretei: - szélesség: L 4 mm - mgsság: h mm - egyverzetek közötti távolság: 2.5 mm Az () összeüggés lpján z ereő kpcitás értéke: Lh ( r ) L + + (5) miből szenzorként hsznált konenzátor értéke: Lh ( r ) L + (6) 42

8854E-2 A esztilált víz reltív permittivitás: r 8.4 A trnszormátor olj reltív permittivitás: r 2.2 és 2.3 között vn. Hengeres konenzátor helyett síkkonenzátort lklmzunk.

4 Vgyis konenzátor értéke olyékszint mgsság üggvényében z lábbi lineáris összeüggés szerint változik: +b (7) H egyverzeteket szigetelő nyggl kell bevonni (korrózió ellen vgy h olyék vezető) hsznált szigetelő mitt kpcitás megváltozik ( lás 3. ábr) 3. Ábr. Szintmérés szigetelővel bevont egyverzetekkel Ebben z esetben z ereő konenzátor értéke megváltozik, mivel z ereő konenzátorb bele kell számolni szigetelő réteg mitt létrejött konenzátort (S) is. Ez gykorltilg sorb vn kötve 2 és 3 konenzátorokkl. Az ereő konenzátor értéke: + S + L ( r ) + h ( ) ( ) r (8) Vgyis konenzátor értéke olyékszint mgsság üggvényében z lábbi lineáris összeüggés szerint változik: 3.2 A mérés menete + b (9) 2 A kpcitív szintmérő cstlkozóit z RL mérőre, illetve D447 stbil multivibrátor -es és 3-s bemenetei közé kötjük, 4-es ábránk megelelően. A konicionáló ármkör kimenetét (OS OUT-3) oszciloszkóppl vizsgáljuk. Az eényt elkezjük eltölteni esztillált vízzel, vgy trnszormátor oljjl és 5 mm - ként leolvssuk olyékszint értékét z eény lán lévő beosztás segitségével., síkkonenzátor kpcitását, mit z RL mérővel mérünk, vlmint konicionáló ármkör kimeneti rekvenciáját, z oszciloszkópról. Kitöltjük z. táblázt első három sorát. Megorítjuk síkkonenzátor egyik egyverzetét és megismételjük mérést. Az tokt 2. tábláztb irjuk. A olyékszint üggvényében kiszámítjuk konenzátor értékét (6) összeüggésből és kitöltjük z. táblázt 4-ik sorát. 43

Szintmérés szigetelővel bevont egyverzetekkel Ebben z esetben z ereő konenzátor értéke megváltozik, mivel z ereő konenzátorb bele kell számolni szigetelő réteg mitt létrejött konenzátort (S) is.

5 Kiszámoljuk przit konenzátor értékét z lábbi összeüggésből, melyet z -es táblázt 5-ik soráb irunk. számított - mért () Ábrázoljuk olyékszint értékét kpcitás üggvényében, vlmint z stbil multivibrátor kimeneti rekvenciájánk üggvényében, min két esetben. Mérés szigetelőréteg nélkül. 4. Ábr. Az stbil multivibrátor bekötése. [mm] mért [pf) F [khz] számított [pf] (przit ) [pf]. Táblázt Mérés szigetelőréteggel. [mm] mért [pf] F [khz] 2. Táblázt 44

rekvenciájánk üggvényében, min két esetben. Mérés szigetelőréteg nélkül. 4. Ábr.

6 4. Kérések és eltok. Milyen más mérőármkört jvsoln kis kpcitások mérésére? Mgyrázz el jvsolt ármkör műköését. 2. Hogyn hsználhtnánk D447 ármkört monostbil üzemmóbn? 3. Keressen ultrhngos olyékszint érzékelőket! Mgyrázz el műköésüket! 45

Hasonló dokumentumok

7. Laboratóriumi gyakorlat KIS ELMOZDULÁSOK MÉRÉSE KAPACITÍV ÉS INDUKTÍV MÓDSZERREL

7. Laboratóriumi gyakorlat KIS ELMOZDULÁSOK MÉRÉSE KAPACITÍV ÉS INDUKTÍV MÓDSZERREL 1. A gyakorlat célja Kis elmozulások (.1mm 1cm) mérésének bemutatása egyszerű felépítésű érzékkőkkel. Kapacitív és inuktív