Выбор измерительной цепи
Измерение измеряемой величины преобразуется в электрический сигнал с помощью чувствительных элементов (ЧЭ) датчика. ЧЭ включается в измерительную схему питания от генератора с мостом Вина.
Измерительная схема вырабатывает на выходе амплитудно-модулируемый сигнал.
Выбираем параметрическую схему для включения ЧЭ. Схема характеризуется высокой точностью и малой чувствительностью к помехам являются мостовые схемы.
Расчет:
Найдём индуктивность L по формуле:
,
где
N – это количество витков;
d – диаметр катушки, см.;
l – длина намотки, см.
По справочнику берем N = 5000 , d = 0,004 см, l = 92,3 см
- служат для
балансировки моста.
Примем
Рассчитаем выходное напряжение:
Датчик выполнен из высокотехнологичных материалов:
сердечник
шихтованный, L1
и L2
имеют высокую добротность (
),
а следовательно
,
и поэтому:
,
где
=
-
напряжение питания моста.
Для индуктивного
датчика:
Тогда:
Выбор и расчет измерительного усилителя
Выбираем ОУ A 741 - один из первых интегральных операционных усилителей на биполярных транзисторах. Разработан в 1968году и производится до сих пор.
Распиновка оу
Зная, что Uвых датчика = Uвхода усилителя и то, что на выходе усилителя нам необходимо получить напряжение Uвых=2,0В найдём коэффициент усиления усилителя по формуле .
Но учитываем, что коэффициент усиления фильтра, который будет рассчитан далее равен 2,25, необходимо уменьшить коэффициент усиления усилителя в 2,25 раза.
Ku=400/2.25=178
С помощью программы MathCad, входящей в пакет программ фирмы Mathsoft, осуществляем подбор резисторов в усилителе по ряду Е12:
R8=2,7кОм, R9=R10=47кОм, R11=R12=3,7кОм, R13=R14=18кОм.
Осуществим проверку:
Выпрямитель
При конструировании измерительных схем датчиков используются выпрямители для получения постоянного или медленно меняющегося напряжения или тока. В зависимости от того, какой параметр переменного напряжения необходимо измерить, применяют выпрямители среднего значения и амплитудные. С целью уменьшения погрешностей преобразования, обусловленных нелинейностью вольт-амперных характеристик диодов, в точных выпрямителях используют операционные усилители (ОУ).
Фазочувствительные демодуляторы устанавливают на выходе усилителя, поэтому приведенный ко входу усилителя дрейф нуля пренебрежно мал. Демодулятор обеспечивает получение постоянного (медленно меняющегося) напряжения или тока. Для уменьшения погрешностей преобразования, обусловленных нелинейностью ВАХ диодов, в точных выпрямителях используют операционные усилители.
В зависимости от того, какой параметр переменного напряжения надо измерить, различают демодуляторы среднего значения, амплитудные, действующего значения, фазовые и частотные.
Фазочувствительный выпрямитель, изображенный на рисунке, имеет входы U1 и U2. Большее из поданных на эти входы напряжений является управляющим Uy и от него зависит знак Uвых.
Модуль Uвых определяется меньшим входным напряжением. Целесообразно, чтобы R2 >>R1
R2=(R15-R21) ; R1=(R22-R26)
Таким образом примем R2=100 кОм ,R1=10 кОм