ПР №3 емкостные датчики (1). Практическая работа 3 Определение основных параметров пьезоэлектрического и емкостного датчиков. 1 Цель работы

• Название: Практическая работа 3 Определение основных параметров пьезоэлектрического и емкостного датчиков. 1 Цель работы
• Дата: 17.03.2022
• Размер: 51.06 Kb.
• Имя файла: ПР №3 емкостные датчики (1).docx
• Тип: Практическая работа; #401010

Практическая работа №3
Определение основных параметров пьезоэлектрического и емкостного датчиков.

1 Цель работы

1.1 Научиться рассчитывать параметры пьезоэлектрического датчика.

1.2 Научиться рассчитывать параметры емкостного датчика.
Задача №1 Рассчитать параметры пьезоэлектрического датчика.

2 Пояснения к работе.

2.1 Краткие теоретические сведения:

Пьезоэлектрические датчики относятся к датчикам генераторного типа, в которых входной величиной является сила, а выходной – количество электричества. Работа пьезоэлектрического датчика основана на пьезоэффекте, сущность которого заключается в том, что на гранях некоторых кристаллов при их сжатии или растяжении появляются электрические заряды.

1. 
   величина заряда:
   

(К/Н), (1)

где К_о – пьезоэлектрическая постоянная (модуль),;

F_x – усилие, направленное вдоль электрической оси.

2. 
   емкость одной пластины:
   

, (пФ) (2)

где С_о - емкость одной пластины,;

- относительная диэлектрическая проницаемость;

D - диаметр пластины (диска);

a и b - стороны пластины (прямоугольника);

d - толщина пластины.

3. 
   напряжение между обкладками:
   

(пФ), (3)

где С_вх - емкость измеряемой цепи,;

n - количество пластин.

4. 
   чувствительность датчика:
   

(В/Н), (4)

где S_д – чувствительность датчика,.
2.2 Пример расчета
Исходные данные:

Материал – Кварц, = 4,5 * 10^-11, Ko = 2,5 * 10^-12 К/Н; n = 1;

D = 1 см = 1 * 10^-2 м; d = 1 мм = 1 * 10^-3 м; F_x = 15 Н; C_вx = 17 пФ.

Решение:
1) q_x = 2,5 * 10^-12 * 15 = 37,5 * 10^-12 (К);

2) ;

3) (В);

4) .
3 Задание:

3.1 Определить параметры пьезоэлектрического датчика, выполненного в виде прямоугольника (диска) со сторонами a и b (диаметр D), толщиной d, с параллельно соединенными пластинами в количестве “n” штук.

Исходные данные для расчета взять из таблицы 1, согласно варианту.

Таблица 1

№ варианта	Материал	* 10-11	Ko * 10-12 К/Н	а*b, (см2) D, (см)	d (мм)	Fx (Н)	Свх (пФ)	n (шт)
1	Кварц	4,5	2,7	D=1	1	20	16,8	1
2	сегн. Соль	205	150	2 х 1	1	30	13,1	1
3	Кварц	4,5	2,7	1 х 1	2	15	20	2
4	тит. Бария	1500	100	2 х 2	3	40	20	2
5	тит. Бария	1500	100	D=1	1	20	52	1

3.2 Произвести расчет
q_х=______________________________________________________________ _________________________________________________________________

C_о=______________________________________________________________ _________________________________________________________________

U=________________________________________________________________________________________________________________________________

S_д=______________________________________________________________ _________________________________________________________________

3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.

Таблица 2

qx, (К/Н)	Со, (пФ)	U, (В)	Sд, (В/Н)

Задача №2. Рассчитать основные параметры емкостного датчика угловых перемещений
2 Пояснения к работе

2.1 Краткие теоретические сведения.

Емкостной датчик угловых перемещений имеет вид:

1-подвижная пластина;

2-вал;

3-неподвижная пластина.
1) максимальная емкость датчика при а = 180 равна:

(Ф), (5)

где S_мах - площадь взаимодействия между подвижной и одной из

неподвижных пластин,

С_maх - максимальная емкость,

d-расстояние между пластинами,

е_г=1 (диэлектрик-воздух).

отсюда общее количество подвижных и неподвижных пластин

(штук), (6)

полученное количество округляем до целого числа.
2) чувствительность датчика определяем по формуле:

(7)

2.2 Пример расчета

Исходные данные:

S_max=15см 2; С_maх=400; d=0,8; е_г=1.;
Решение:

=22(штук);

=2
3 Задание:

3.1 Определить основные параметры емкостного датчика. Исходные данные для расчета взять из таблицы 1.
Таблица 1.

№ варианта	Smax, (см2)	Cmax (пФ)	d (мм)
1	12	400	0,5
2	10	200	0,6
3	15	600	0,4
4	18	830	0,8
5	15	440	0,6

3.2 Произвести расчет
n=________________________________________________________

__________________________________________________
Sд=________________________________________________________

____________________________________________________________
3.3 Результаты расчета свести в таблицу 2.
Таблица 2

n (шт)	Sд

4. Контрольные вопросы к практической работе №3
1. Какие материалы используются для пьезоэлектрических датчиков?

2. В чем суть пьезоэффекта?

3. Где находят применение датчики, основанные на прямом и обратном пьезоэффектах?

4. Как определить чувствительность емкостного датчика, зная его емкость?

5. Какие виды емкостных датчиков существуют?

Список литературы

1. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления.

-М,: «Форум - Инфра - М», 2002 г., -383с.

20

18