vaja:4

Besedilo naloge:

Sestavite preprost kapacitivni merilnik nivoja vode.

Vezalni načrt:

a)merilno tipalo za kapacitvni merilnik:

b) ploščati kondenzator:

Seznam merilne opreme in materiala:

-Integrirano vezje LM 555 – 2 kosa

-Upori in kondenzatorji

-Testna ploščica

-Napajalnik

-Merilnik z vrtljivo tuljavico

-Osciloskop

-Bazen z elektrodama

Izvedba meritve:

Merilno tipalo je izvedeno v obliki dveh izoliranih kovinskih palic, ki sta v merilni cevi nameščeni vzporedno.

V splošnem določimo kapacitivnost ploščatega kondenzatorja prikazanega na sliki  glede na

sledeč izraz:

Relativne dielektri čnosti za nekatere materiale so podane v tabeli:

Kapacitivnost  vzporedno  nameščenih  kovinskih  palic  prevlečenih  s  tanko  plastjo  izolacijskega dielektrika,  ki  sta  potopljeni  v  vodo,  je  odvisna  predvsem  od  višine  vode  v  rezervoarju.  Če predpostavimo, da obravnavamo palici kot ploščati kondenzator, je skupna kapacitivnost tipala, ki je do višine h potopljeno v vodo določena s sledečim izrazom:

pri tem je r=6mm, =4 in d=30mm (maksimalni nivo vode h=200cm) Glede na dejstvo, da imamo zaporedno  povezani  dve  kapacitivni  tipali  (vodo  obravnavamo  kot  prevodnik)  je  skupna kapacitivnost senzorja 0.5Ctipala.  

Kapacitivni merilnik nivoja bomo sestavili s pomočjo dveh integriranih vezij LM555. Eno vezje LM555  naj  deluje  kot  monostabilni  multivibrator  (MMV),  katerega  dolžina  izhodnega  pulza  je odvisna  od  kapacitivnosti  kovinskih  palic.  Drugo  vezje  LM555  naj  ima  vlogo  astabilnega multivibratorja (AMV), s katerim prožimo MMV.

Razporeditev nogic na čipu:

                                              

Širino izhodnih signalov MMV bomo opazovali s pomočjo osciloskopa in hkrati na  merilniku z vrtljivo  tuljavico. Odklon  kazalca  bo  tako  sorazmeren  z  nivojem  vode  v  rezervoarju. Vrednosti pripadajočih  pasivnih  elementov  je  potrebno  izbrati  tako,  da  dosežemo  maksimalni  odklon analognega prikazovalnika  pri polnem rezervoarju.

Potek vaje:

Najprej smo izračunali kapacitivnost tipala za skoraj prazenhmax) ter popolnoma poln rezervoar ter izračunane vrednosti z merilnikom kapacitivnosti. Tako smo izračunali vrednosti uporov.

Monostabilni multivibrator MMV:

Astabilni multivibrator AMV:

Sestavili smo tudi vezje AMV in sicer tako, da je bila perioda cca. 10% daljša od periode MMV. Tako smo zagotovili pravilno delovanje MMV.

Po vezalnem načrtu smo priključili tudi sponke ter spreminjali nivo v bazenu in opazovali širino izhodnega signala. Nato smo dodatno priključili še instrument z vrtljivo tuljavico ter opazovali odklon. Vezje smo sestavili na protoboard .

Rezulatati meritve:

h(cm)	U1(V) gor	U2(V) dol
200	10	10
190	9.75	9.75
180	9.5	9.5
170	9	9
160	8.5	8.5
150	8	7.75
140	7.5	7.25
130	7	6.75
120	6.5	6.5
110	6	6.25
100	5.5	5.5
90	5	5
80	4.5	4.5
70	4	4.25
60	3.5	3.75
50	0	0
40	0	0
30	0	0

Iz odziva se vidi, da so odstopanja zelo majhna v obratni smeri, vidi pa se, da je karakteristika tudi dokaj linearna, kar pomeni, da je merilnik dokaj zanesljiv. Vidimo, da je princip merjenja zelo uporaben v praksi, saj je z nji možno meriti veliko nivojev fluidov.