1.2. Эквивалентная схема индукционного датчика
Схема датчика дана на рисунке 1.3.
Рис. 1.3. Эквивалентная схема электромагнитного датчика
На схеме даны следующие обозначения:
|
– сопротивление меди; |
|
– сопротивление потерь; |
|
– индуктивность обмотки возбуждения; |
|
– питающее синусоидальное напряжение; |
|
– выходное напряжение датчика; |
|
– коэффициент связи, В/А; |
|
– входной ток обмотки возбуждения; |
|
– ток индуктивности, создающий магнитный поток в датчике. |
По эквивалентной
схеме требуется рассчитать диапазон
изменения выходных напряжений датчика.
.
Для нахождения тока
и
воспользуемся схемой, представленной
на рисунке 1, тогда ток входной ток
будет равен:
.
Фазовый сдвиг тока
относительно питающего напряжения
будет иметь вид:
.
Ток через
индуктивность
будет равен:
,
,
а фазовый сдвиг тока относительно напряжения имеет вид:
.
Тогда, согласно
функциональной схеме, фазовый сдвиг
между током
и
будет
равен:
,
.
Диапазон выходных
напряжений
равен:
.
Фазовый сдвиг,
необходимый для получения управляющих
напряжений, синфазных с выходным, равен
.
2. Измерительный преобразователь для ёмкостного датчика
Общие данные:
Основная приведенная погрешность преобразования, , % |
|
Дополнительная температурная погрешность |
|
Рабочий температурный диапазон, |
|
Индивидуальные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2
№ вар |
кГц |
пФ |
пФ |
, мА |
Тип датчика Схема № |
|
1 |
200 |
100 |
50 |
0…5 |
3 |
0,4 |
2 |
500 |
10 |
40 |
0…10 |
2 |
0,6 |
3 |
1,0 |
5 |
5 |
-5…5 |
1 |
0,5 |
4 |
5,0 |
30 |
3 |
-10…10 |
4 |
0,3 |
5 |
10,0 |
10 |
40 |
4…20 |
1 |
0,4 |
,
,
,
-
1. Ёмкостный датчик с изолированными электродами
2. Ёмкостный датчик с заземлённым электродом
3. Дифференциальный ёмкостный датчик с изолированными электродами
4. Дифференциальный ёмкостный датчик с заземлённым средним электродом
Рис. 2.1. Функциональная схема измерительного преобразователя для емкостного датчика с изолированными электродами
ГКН |
– генератор квадратурных синусоидальных напряжений; |
ПНТ |
– преобразователь ток-напряжение; |
ФЧВ |
– фазочувствительный выпрямитель; |
ФНЧ |
– фильтр нижних частот; |
ПНТ |
– преобразователь напряжение-ток; |
ФУН |
– формирователь управляющих напряжений; |
|
– электрическая
емкость датчика, изменяющаяся под
действием физической величины от
|
|
– сопротивление потерь в датчике (задан пересчитывается в ); |
|
– напряжение
смещения, согласует диапазоны изменения
и выходного тока
|
|
– унифицированный выходной сигнал в виде тока. |
до
(дано по заданию);
;
Рис. 2.2. Функциональная схема ИП для дифференциального емкостного датчика с изолированными электродами
Рис. 2.3. Функциональная схема ИП для емкостного дифференциального датчика с заземлённым средним электродом
Рис. 2.4.
Функциональная схема измерительного
преобразователя для емкостного датчика
с заземлённым электродом
Инв |
– инвертор выходного напряжения генератора ГКН, получает напряжение противоположной фазы по сравнению с напряжением на датчике ; |
Сумм |
– суммирует напряжения с выходов усилителя Ус и инвертора Инв для компенсации неинформативной составляющей; |
Ус |
– усилитель с большим коэффициентом усиления (операционный усилитель) служит для преобразования значения электрической ёмкости в напряжение пропорциональное ; |
ПЕН |
– преобразователь
значения емкости
в напряжение
|
|
– выходное напряжение генератора, оно же и напряжение питания емкостного датчика ; |
|
– выходное напряжение преобразователя емкости в напряжение. |
;