3) Расчет параметров источника тока
Электроизмерительная схема предназначена для преобразования приращения сопротивления тензорезистора в соответствующее приращение тока или напряжение. Выходной сигнал электроизмерительной схемы датчика давления зависит не только от приращения напряжения, но и от уровня сигнала, а также от схемы источника питания. Поэтому необходимо обоснованно подойти к выбору структурной схемы источника питания. В настоящее время известно, по результатам исследования, что наиболее часто в качестве источника питания используются источники постоянного тока, схемы которых обеспечивают более высокую чувствительность, чем схемы с источником постоянного напряжения.
На рис.2.26. приведена схема питания моста источником постоянного тока с заземлённой нагрузкой.
Рис.2.26. Схема источника постоянного тока с заземлённой нагрузкой.
Исходные данные:
1.Расчётная схема источника постоянного тока показана на рис.2.26;
2.Напряжение на входе источника постоянного тока – Uвх =7,5В;
3.Стабилизированный ток питания электроизмерительной схемы Iн=0,012А.
Расчёт
1.Определяем тип операционного усилителя (ОУ) для реализации источника тока. Выбор типа ОУ проведем на основе следующих требований:
– ОУ должен обладать высоким входным сопротивлением;
– выходной ток ОУ Iвых должен быть больше стабилизированного тока Iн.
Учитывая выше сказанное, выбираем ОУ типа К140УД20, который имеет входное сопротивление – 10МОм, выходной ток – 25мА.
2. Определяем величину сопротивления резисторов, входящих в схему. Для этого запишем уравнение баланса источника постоянного тока:
;
(2.62)
.
(2.63)
С учётом того, что U– = U+ и если выполняется соотношение R2/R1 = R3/R4, то получается следующая зависимость:
.
(2.64)
Отсюда следует:
В качестве сопротивления R4 выбираем резистор С2-23 номиналом 625Ом. В качестве сопротивлений R2, R3 и R1 выбираем резисторы С2-23 номиналами 1000Ом и 625Ом соответственно.
Таким образом, на основании расчета выбраны, элементы следующих номиналов:
- операционный усилитель К140УД7 бКО.348.095 ТУ;
- резисторы R1 и R4 типа 0805 серии РН1-12-0,125-625Ом 5%;
- резисторы R2 и R3 типа 1206 серии РН1-12-0,25-1кОм 5%.
Расчет электроизмерительной схемы датчика давления
Электроизмерительная схема приведена на рис.2.27.
Рис.2.27.Электроизмерительная схема.
Исходные данные:
1. Расчётная схема представлена на рис.2.9;
2. Ток питания моста……………………………………….......IН = 2I0 = 12 10–3А;
3. Напряжение на выходе электроизмерительной схемы……………Uвых =100мВ;
4. Относительное изменение сопротивления
тензорезисторов.…………………........eRр1 = eRр3= 0,00247; eRр2 = eRр4= - 0,0027.
Расчёт
Определяем ток I0:
;
(2.65)
.
Чтобы получить зависимость выходной величины от изменения входной величины запишем баланс моста по напряжению [2.19] :
,
,
(2.66)
,
.
Из этих уравнений находим выражение для определения Uвых:
.
(2.67)
Выразив из соотношения (2.67) R5 получаем:
,
(2.68)
.
Берём сопротивление R5 = 50кОм типа RK-1233.
Таким образом, на основании расчета выбраны, элементы следующих номиналов:
– операционный усилитель К140УД7 бКО.348.095 ТУ;
– резистор R5 типа RK-1233-0,05Вт-50кОм 1%.