1. Введение 13
2. Объект измерения 14
2.1 Конструкция кабелей связи 14
2.1.1 Виды кабелей 14
2.1.2 Наименования элементов кабельной цепи 15
2.2 Параметры кабельной цепи 18
2.3 Рабочая ёмкость кабеля 19
3. Методы измерения ёмкости 23
3.1 Методы непосредственной оценки 24
3.1.1 Автогенератор как источник гармонических колебаний 24
3.1.1.1 Измерение ёмкости по изменению частоты измерительного
автогенератора 29
3.1.2 Метод преобразования ёмкости в сдвиг фаз 33
3.2 Методы сравнения 35
3.2.1 Мостовой метод измерения ёмкости 35
4. Методы измерения сдвига фазы 37
4.1 Компенсационный метод 37
4.2 Суммарно-резонансный метод 38
4.3 Методы измерения с помощью осциллографа 39
4.3.1 Метод линейной развёртки 39
4.3.2 Метод эллипса 39
4.4 Метод преобразования временного интервала в напряжение 41
5. Выбор метода и структурной схемы 44
6. Конструктивно-технологическая часть 45
6.1 Выбор первичного преобразователя 45
6.2 Составление уравнение преобразования и определение чувствительности....50
6.3 Расчёт элементов устройства 51
6.3.1 Расчёт фазовращателя 51
6.3.2 Расчёт компаратора 53
6.3.3 Преобразование сдвига фаз в промежуток времени 55
6.3.4 Цифровой блок 56
6.3.5 Программное обеспечение 57
6.3.6 Генератор 58
6.3.7 Блок питания 60
6.3.5 Изготовление фазометра 62
6.3.6 Изготовление цифрового блока 63
6.3 Сборка устройства 65
7. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности 68
7.1 Потенциальные потребители результатов исследования 68
7.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности
и ресурсосбережения 68
7.3 FAST-анализ 69
7.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 74
7.5 Инициация проекта 76
7.6 Планирование управления научно-техническим проектом 78
7.6.1 Иерархическая структура работ проекта 78
7.6.2 Контрольные события проекта 78
7.6.3 План проекта 79
7.6.4 Бюджет научного исследованиями 81
7.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 87
8. Социальная ответственность 90
8.1 Производственная безопасность 91
8.1.1 Анализ вредных и опасных факторов при разработке устройства 91
8.2 Экологическая безопасность 94
8.3 Безопасность в ЧС 94
8.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 95
8.5 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 96
Заключение 97
Список литературы 98
Список публикаций 100
Приложение Б 101
Приложение В 102
Приложение Г 103
Выпускная квалификационная работа 114 с., 47 рис., 28 табл.,
23 источника, 3 прил.
Ключевые слова: измерение ёмкости, методы измерения ёмкости, смещение фазы, датчик, коаксиальный кабель, погонная ёмкость, волновое сопротивление, цифровая обработка, микроконтроллер.
Объектом исследования является коаксиальный радиочастотный кабель РК 75 2-11А с волновым сопротивлением 75 ±7.5Ом.
Цель работы — рассчитать, спроектировать, построить и получить метрологические характеристики цифрового прибора для измерения ёмкости кабеля.
В процессе исследования проводились разработки блоков измерительной схемы прибора, для измерения ёмкости.
В результате исследования была разработана схема устройства способного измерять от 1 до 500 пф.
Область применения: кабельная промышленность.
В будущем планируется заключение договоров с предприятиями на производство устройств.
Измерение ёмкости кабеля является неотъемлемой частью во всей кабельной промышленности. Ёмкость зависит от толщины проводников, длины кабеля, материала изоляции и прочих факторов. Как известно, ёмкость, способна пропускать переменный электрический ток. При этом от частоты тока зависит сопротивление, которое емкость оказывает переменному току. Чем она выше — тем сопротивление меньше. В следствии чего, вместе с сопротивлением самих проводников, стоит также учитывать и емкость, что является важнейшей характеристикой кабеля.
Целью данной выпускной квалификационной работы является системный анализ методов измерения ёмкости (в частности ёмкости кабеля), подробный анализ измерения сдвига фаз, проектирование устройства для измерения ёмкости и сдвига фаз сигналов и его непосредственная разработка. Данный прибор в будущем будет являться важной частью в процессе производства кабельной продукции. Личный вклад в развитие данного проекта является физическая реализация устройства, расчёт схемы, построение опытного образца и проведение экспериментов с установкой метрологических характеристик.
Данный метод позволяет контролировать ёмкость кабеля ещё на стадии нанесение изоляции. Что делает процесс экономически выгодным с финансовой точки зрения. Также это дает возможность изначально задавать необходимую емкость и контролировать постоянство её значения по всей длине кабеля.
Объектом исследования является коаксиальный кабель РК-^^И^, а метод измерения ёмкости кабеля является фазометрическим.
На данный момент существует рабочий образец способный измерять ёмкость в пределах от 1 до 500 пф. Устройство имеет блок питания, генератор, основной аналоговый и цифровой блоки. Цифровой блок основан микроконтроллере STM32F103 и используется для математической обработки сигнала и вывода результата измерения на ЖК экран. За период существования прибора, были получены следующие характеристики: зависимости выходного напряжения от смещения фазы сигналов, зависимости от разных частот сигналов, максимальное выходное напряжение, входное сопротивление. Из достоинств данного устройства можно отметить лёгкую настройку, простоту установки для проведения измерения, возможность установки нуля прямо во время работы, высокую точность и низкую стоимость.
В данной выпускной квалификационной работе рассмотрены методы измерения ёмкости и смещения фаз сигналов. При анализе основным пунктом являлось рассмотрение возможности применения каждого метода к измерению ёмкости кабеля. Особенностью выбранного метода измерения является то, что в процессе производства, на стадии нанесения изоляции, кабель не имеет собственной ёмкости как таковой и для её моделирования необходимо использовать воду как второй проводник кабеля.
Были приведены предложения по проектированию и изготовлению фазометра. Также на основе анализа методов разработана структурная схема фазометра. Прибор основан на преобразовании ёмкости в напряжение. В приборе используется микроконтроллер который позволяет широко применять данный прибор на производстве. Устройство способно быть ведущем в связке с экструдером, тем самым контролировать толщину изоляционного покрытия кабеля и как следствие контроля ёмкости.
