Навигация
Измерительный преобразователь
14916
знаков
3
таблицы
17
изображений
4.2. Измерительный преобразователь
4.2.1. Усилитель заряда
Усилитель заряда строится на операционном усилителе. В измерительных устройствах необходимо усиливать без искажения слабые электрические сигналы с датчиков, сопровождаемые значительным уровнем синфазных, температурных и других помех. Для этих целей используют прецензионные усилители, которые обладают большим значением усиления, подавляют синфазный сигнал, малым напряжением смещения нуля, малым уровнем шумов и большим входным сопротивлением. Поэтому выбираем ОУ КР140УД17А.
Характеристики КР140УД17А:
| Коэффициент усиления | 200103 |
| Напряжение смещения нуля на входе | 75мкВ |
| Напряжение источника питания | -15…+15В |
| Напряжение входное макс | 15В |
| Входной ток | 3.8нА. |
| Потребляемый ток | 2мА |
К
ак
известно: 
,
где Сд –
импеданс датчика
(у нас 1.5 нФ)
На РИС 3 показан усилитель заряда. Усилитель заряда представляет собою фильтр высоких частот (ФВЧ) со своей частотой среза, которая должна равняться нижней частоте нашего сигнала. Тогда выбор резистора R0 и конденсатора C0 осуществляется из следующего соотношения:
,
При этом должно выполняться условие fcp fн=2 Гц. Возьмём fcp=1Гц с целью уменьшить искажения АЧХ в области низких частот.
С помощью усилителя заряда достигается передача сигнала с коэффициентом передачи:
Если Кп = 1, то С0 = 1.5 нФ, следовательно, R0 = 100 MОм.
В качестве С0 возьмем К10-43А-МП0-1.5 нФ. Максимальная амплитуда сигнала на выходе УЗ составляет 0.4*Кп = 0.4В.
4.2.2. Масштабный усилитель
М
асштабный
усилитель
служит для
согласования
амплитуды
сигнала с выхода
УЗ с входным
диапазоном
АЦП. Построим
его на операционном
усилителе
К140УД17А в следующем
включении (РИС
4).
Т.к. мы подаем на АЦП опорные потенциалы –2,5В и 2,5В , для удобства выберем следующие диапазоны:
-0,5 В до +0,5 В (максимальная погрешность)
-0,75 В до +0,75 В
-1 В до +1 В
-1,25 В до +1,25 В
-1,5 В до +1,5 В
-1,75 В до +1,75 В
-2 В до +2 В
-2,5 В до +2,5 В (минимальная погрешность)
Коэффициент усиления задаётся резисторами R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 и R9:
Т.о.: Кп1=1,25; Кп2=1,875; Кп3=2,5; Кп4=3,125; Кп5=4,375; Кп6=5; Кп7=5,625; Кп8=6,25
Т.е.: R9/R1=0,25; R9/R2=0,875; R9/R3=1,5; R9/R4=2,125; R9/R5=3,375; R9/R6=4; R9/R7=4,625; R9/R8=5,25;
Учитывая, что R3>Rнагр.ОУ = 2КОм, возьмем R9=10КОм, то
R1=40 КОм; R2=11,5 КОм; R3=6,7 КОм; R4=4,7 КОм; R5=3 КОм; R6=2,5 КОм; R7=2,2 КОм; R8=1,9 КОм.
4.2.3. Интегрирующий усилитель
Интегрирование аналоговых сигналов осуществляется ОУ с емкостной ОС. В этом случае выходное напряжение описывается выражением:
,
где
U0=UВЫХ(t=0)–исходное
выходное напряжение
интегратора.
Основные составляющие ошибок интегрирования обусловлены напряжением смещения нуля UСМ и входными токами ОУ. При UВХ=0 входные токи протекают через конденсатор C2, заряжая его. Это приводит к появлению линейно изменяющейся составляющей выходного напряжения. Кроме того, UСМ добавляется к напряжению на конденсаторе, и, поскольку это напряжение равно UВЫХ, такая прибавка вносит в результат ошибку, равную UСДВ.
Ошибку, вносимую входным током ОУ, можно уменьшить, если использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе и зашунтировать конденсатор в обратной связи резистором R2.
Частота
среза интегратора
.
Нижняя граница
интегрирования
составляет
.
Таким образом,
полоса частот,
в которой возможно
интегрирование,
.
Найдем
R1, R2,
C2.
Выберем
C2=0.01
мкФ (К10-47А-МП0-0.01мкФ5%),
тогда 
(для
уменьшения
погрешности
возьмем fН=1Гц).
Будем
использовать
резистор
С2-29В-0.25-16МОм0.5%.
На частоте
6кГц 
Будем
использовать
резистор
С2-29В-0.25-2.7кОм0.5%.
Чтобы убрать
постоянную
составляющую,
введем разделительный
конденсатор
C1.
Т.к.
входное сопротивление
равно R1,
то 
,
откуда
.
Для 1Гц
C1=50мкФ.
Будем
использовать
К50-16-16В-100мкФ.
5. Интерфейс передачи данных.
На выбор способа передачи влияют в основном два фактора. Это необходимая дальность и скорость передачи. Дальность определена в задании – 20м. Тогда как скорость передачи выбирается нами по собственному усмотрению. Так как 20м – это расстояние на 5м превышающее предельно допустимую дистанцию соединения ПЭВМ напрямую через COM порты, необходимо выбрать другой способ передачи нежели стандартный. Наиболее простой и то же время легко реализуемый – это интерфейс радиальный последовательный (ИРПС) , который осуществляет к тому же гальваническую развязку компьютера от объекта управления (см РИС 6.).
РИС 6.
Реализацию интерфейса облегчает наличие серийно выпускаемых микросхем гальванической развязки. Это микросхемы АОТ 127 и 249ЛП1. Рассчитаем параметры “навесных” элементов:
Ток передачи рассчитывается как:
,
где U=5B
Ck = L*100пФ/м - емкость кабеля (L - длина линии связи). При расстоянии 20м: Ck=20м*100пФ/м=2нФ.
Длительность фронта t=T/10, где T длительность импульса.
При скорости передачи в 19200 бит/сек: T=1/19200=52мкс,
Наиболее близким стандартным значением
тока в интерфейсе ИРПС является Iтп=20мА.
Выберем R1=200 Ом
Далее, для того чтобы транзистор не вошел в насыщение R3 должен быть R3
Похожие работы
... ИД состоит в выполнении им, помимо основной функции, функции автоматического метрологического самоконтроля - контроля метрологической исправности. Для повышения эффективности проектирования интеллектуальных датчиков необходимо создание баз данных, касающихся: 1. физических и химических процессов в чувствительных элементах датчиков, порождающих рост опасных составляющих погрешности; 2. динамики ...
... ПО и устройства сигнализации УС. Электронный приемник кода предназначен для приема кодовых комбинаций и выдачи их на печатающее устройство. Блок БК контролирует уровень сигнала в канале связи, наличие поезда на участке напольного оборудования, а также управляет работой пульта оператора. Принцип работы аппаратуры. На временной диаграмме работы аппаратуры ПОНАБ-3 (рис. 2) до момента времени t1 ...
... средств является неприемлемой, т.к. жёсткая конкуренция на рынке транспортных услуг требует сокращения времени технического обслуживания до минимума. Скорость и надёжность проверки, во многом зависит от «человеческого фактора». Поэтому проверка функционирования системы улучшения устойчивости самолёта является довольно длительным, трудоёмким процессом, что приводит к лишним затратам труда и ...
... информации о количестве полученной потребителем или выработанной производителем тепловой энергии, температуре, давлении, объеме (массе) теплоносителя и о времени работы в открытых и закрытых водяных системах теплоснабжения при давлениях до 1,6 МПА (16 кгсм2) и температурах до +150 °С. Область применения - теплоэнергетика, системы коммерческого учета расхода горячей воды и тепловой энергии, ...
0 комментариев