![]() |
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Генераторы синусоидальных колебаний на основе моста Вина: устройство, принцип работы, особенности фазосдвигающих цепей, расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.
Последовательно-параллельная фазосдвигающая цепь представлена на рис.1. Рис.1. Последовательно-параллельная фазосдвигающая цепь
При использовании усилителя с последовательной отрицательной обратной связью его фазовый сдвиг равен
где
Из последнего выражения видно, что нулевой фазовый сдвиг этой цепи будет равен на частоте
Подставляя найденное значение
Для простоты расчётов и реализации обычно имеют
Таким образом, для обеспечения баланса амплитуд необходимо, чтобы коэффициент усиления неинвертирующего усилителя был равен 3. Схема генератора с такой фазосдвигающей цепью представлена на рис.2. Рис.2. Генератор с последовательно-параллельной R, С-цепью
Важным отличием рассмотренной схемы является возможность перестройки частоты двумя элементами, как правило, сдвоенным потенциометром R. Условия баланса фаз и амплитуд при этом не изменяются. Этими причинами обусловлено широкое распространение последовательно-параллельной фазосдвигающей цепи при построении генераторов синусоидальных колебаний. Иногда генераторы с этой цепью называются генераторами на основе моста Вина. Рис.3. Мост Вина
Мост Вина (см. рис.3а) используется для измерения частоты. Он состоит из двух ветвей: реактивной (последовательно-параллельной R, С-цепочки) и пассивной (2r-r). На диагональ питания подаётся входное напряжение На частоте
Структурная схема информационного преобразователя переменного напряжения: состав и назначение элементов, описание их работы, область применения.
В практике промышленной электроники значительная часть датчиков работает от При воздействии измеряемой величины в них изменяется либо сопротивление, либо ёмкость, либо индуктивность, либо коэффициент взаимной индуктивности. Для отмеченных датчиков можно составить обобщённую схему информационного преобразователя.
В схеме приняты следующие обозначения: Пр. ФУН – формирователь управляющего напряжения, предназначен для синхронизации сигналов управления ФЧВ с напряжением питания датчика; Г – предназначен для питания датчика переменным синусоидальным напряжением; Ус – предварительный усилитель, предназначенный для приведения сигнала к нужному уровню; ФЧВ – фазочувствительный выпрямитель.
Резистивные датчики: назначение, область применения. Мостовая измерительная схема для резистивных датчиков, вывод расчётных соотношений выходного напряжения от изменения электрического сопротивления резистивного датчика.
Датчики физических величин на основе резистивных чувствительных элементов, резистивные датчики, являются, пожалуй, наиболее распространёнными. В данных датчиках измеряемая физическая величина преобразуется в изменение электрического сопротивления. Задача измерительной цепи заключается в преобразовании значения электрического сопротивления в электрический сигнал – напряжение или ток. В связи с разнообразием резистивных датчиков и различными областями их применения различаются и измерительные схемы для них. В случаях, когда измеряемая физическая величина приводит к небольшому изменению электрического сопротивления, используются, так называемые, мостовые схемы. На рис. 1 изображена мостовая схема для резистивного датчика. Рис.1. Мостовая схема для резистивного датчика
В данной схеме физическая величина f воздействует на резистивный элемент
соответственно,
Обычно мостовая схема строится исходя из следующих соотношений:
Тогда, или Из последнего выражения видно, что выходное напряжение зависит от относительного изменения сопротивления резистивного элемента Нелинейность мостовой схемы можно оценить следующим образом. Поскольку относительное изменение Второе слагаемое в круглых скобках как раз и характеризует нелинейность. Например, если изменение Зачастую такого напряжения оказывается недостаточно для дальнейшего преобразования физической величины. Увеличивать чувствительность за счёт увеличения напряжения питания Кроме невысокой чувствительности и нелинейности преобразования в мостовых схемах имеется ещё один недостаток – это конечное выходное сопротивление. Для схемы, представленной на рис. 1. или с учётом отношения моста, равного 1,
Для устранения перечисленных недостатков используются мостовые схемы с использованием операционных усилителей – активные мостовые схемы.
27. Двухпроводные измерительные схемы для резистивных датчиков: назначение, область применения. Вывод погрешности преобразования от влияния сопротивления проводов линии связи.
Для линейного преобразования сопротивления резистивного чувствительного элемента в напряжения вполне достаточно иметь источник тока. Запитав известным током неизвестный резистор Рис.1. Измерительная схема преобразования RX в напряжение с использованием источника тока Рис.2. Измерительная схема преобразования RX в напряжение с учетом сопротивления подводящих проводов r1, r2
В результате выходное напряжение Относительная погрешность данного преобразования выглядит следующим образом Так, например, для медного провода сечением 0, 5 мм2 и длиной 10 метров сопротивление 28. Трехпроводные измерительные схемы для резистивных датчиков: назначение, область применения. Вывод погрешности преобразования от влияния сопротивления проводов линии связи.
Для обеспечения приемлемых параметров по точности в промышленных измерениях, как правило, используется трехпроводная линия связи. Рис.1. Вариант использования трехпроводной линии связи
Напряжения
Поскольку ток по среднему проводу линии связи не протекает (зажим 2 на холостом ходу) то соответственно на нем нет и падения напряжения. Далее, из полученных выражений для Рис.2. Функциональные схемы измерительных схем преобразователя сопротивления в напряжение с использованием трех проводной линии связи
Для изображенных схем
29. Четырехпроводные измерительные схемы для резистивных датчиков: назначение, область применения. Вывод погрешности преобразования от влияния сопротивления проводов линии связи.
Для точных преобразователей сопротивления резистивного датчика, удаленного от измерительного преобразователя может оказаться, что трехпроводой линии связи недостаточно. Дело в том, что сопротивления линии связи имеют разброс. В этих случаях используют четырехпроводную линию связи, имеющую два токовых зажима - a, b (рис. 1) и два потенциальных – c, d. Рис.1. Четырехпроводная линия связи
Тогда, согласно схеме, напряжения
Выходное напряжение в данной измерительной схеме ищется в виде разности напряжений:
откуда видно, что при использовании четырехпроводной линии связи не только сопротивление линии, но и их разброс не влияет на результат преобразования. Однако следует помнить, что на зажимах 2, 3 необходимо обеспечить холостой ход. Как правило, для таких схем используют измерительный усилитель.
Мостовые измерительные схемы для резистивных датчиков с использованием одного операционного усилителя: назначение, применение. Вывод расчётных соотношений с учетом влияния места установки датчика в плечах моста.
Схема самой простой по числу используемых элементов активной мостовой схемы представлена на рис. 1. Рис.1. Активная мостовая схема с нулевым выходным сопротивлением
Считаем, как и прежде, что отношение моста равно 1 и под действием физической величины резистивный чувствительный элемент имеет вид
Проводя аналогичные вычисления выходного напряжения в зависимости от позиции чувствительного элемента, можно получить:
Данные схемы с различным расположением чувствительного элемента обладают, по сравнению с мостовыми, нулевым выходным сопротивлением и выходным сигналом, изменяющимся относительно нулевого уровня, отсутствием синфазной составляющей. Располагая чувствительный элемент в обратной связи операционного усилителя (позиция 4), можно получить преобразование без нелинейности. Однако это не всегда удаётся, поскольку часто один из зажимов чувствительного элемента в силу конструктивных особенностей оказывается гальванически соединённым с нулевой точкой, т.е. чувствительный элемент установлен на позиции 3. По сравнению с мостовой схемой, кроме отмеченных достоинств, в два раза повышена чувствительность. Общим недостатком рассмотренных схем является недостаточная чувствительность. Для обеспечения повышенной чувствительности широкое распространение получили схемы с добавлением, по сравнению с рассмотренными, двух идентичных резисторов Мостовая схема на основе одного ОУ и повышенной чувствительности схема представлена на рис. 2. Рис.2. Активная мостовая схема на основе одного ОУ с повышенной чувствительностью
Здесь, как и прежде, цифрами указаны позиции, на которые устанавливается чувствительный элемент. Найдём выходное напряжение схемы при условии, что чувствительный элемент установлен на позицию 1.
Проводя вычисления, можно получить:
Обеспечив значительную чувствительность, выполним неравенство
Из полученных выражений видно, что чувствительность рассмотренной измерительной схемы в
Мостовые измерительные схемы для резистивных датчиков с использованием двух операционных усилителей: назначение, применение. Вывод расчётных соотношений с учетом влияния места установки датчика в плечах моста.
Использование двух ОУ позволяет уменьшить уровень синфазной составляющей на входе ОУ и в ряде случаев устранить нелинейность. На рис.1 представлена схема с применением двух ОУ. ОУ1 работает как усилитель с параллельной ООС, при этом потенциал точки Рис.1. Активная мостовая схема на основе двух операционных усилителей, с выходным усилителем с последовательной обратной связью
Выражения для выходных напряжений в зависимости от положения чувствительного элемента можно найти в следующем виде:
Из приведённых соотношений видно, что при установке чувствительного элемента во второе положение измерительная схема не содержит нелинейности. На выходе можно использовать и усилитель с параллельной ОС так, как это показано на рис.2.
Рис.2. Активная мостовая схема на основе двух операционных усилителей с выходным усилителем с параллельной обратной связью
В данной схеме потенциалы
Из полученных выражений видно, что в данной схеме линейная характеристика преобразования, также как и в предыдущей, получается в случае, если чувствительный элемент установлен во второй позиции. Общим недостатком рассмотренных схем с использованием двух ОУ является то обстоятельство, что в случае их линейности чувствительный элемент установлен в цепи ООС ОУ1. Это не всегда удобно. Дело в том, что к инвертирующему входу и выходу ОУ подключаются паразитные ёмкости линии связи. При этом высока вероятность того, что ОУ1 может возбудиться, т. е. могут возникнуть высокочастотные колебания, ОУ1 становится неустойчивым. Желательно выстраивать измерительную схему таким образом, чтобы ЧЭ не устанавливался в цепи обратной связи усилителя.
32. Функциональные схемы измерительного преобразователя для индуктивного и емкостного датчиков: назначение элементов, описание их работы, вывод уравнения преобразования.
Функциональная схема для индуктивного датчика представлена на Рис.1. Функциональная схема измерительного преобразователя для индуктивного датчика
Рис. 2. Круговая диаграмма токов и напряжений индуктивного датчика
ИД – индуктивный датчик, в котором под действием физической величины, происходит изменение индуктивности Δ L; ГСК – генератор синусоидальных колебаний, предназначен для формирования напряжения требуемого для работы схемы; Пр.НТ1 – преобразователь напряжение-ток, предназначен для питания индуктивного датчика синусоидальным током, синфазным с напряжением ГСК; ФСУ – фазосдвигающее устройство, сдвигает фазу входного напряжения на 90◦ ; ФУН – формирователь управляющего напряжения, необходимый для формирования напряжения типа «меандр», фронты которого совпадают с моментами времени перехода через ноль входного напряжения; ФЧВ – фазочувствительный усилитель, предназначен для выделения напряжения синфазного с управляющим; ФНЧ – фильтр нижних частот, предназначен для выделения среднего значения выходного напряжения ФЧВ; ПрНТ2 – предназначен для формирования унифицированного выходного токового сигнала; r – омическое сопротивление обмотки индуктивного датчика;
Круговая диаграмма токов и напряжений в ИД представлена на рис.2. Напряжение
Измерительный преобразователь для ёмкостного датчика (ЕД)
Рис. 3. Функциональная схема измерительного преобразователя для емкостного датчика с изолированными электродами
Рис. 4. Функциональная схема ИП для дифференциального емкостного датчика с изолированными электродами
Рис. 5. Функциональная схема ИП для емкостного дифференциального датчика с заземленным средним электродом
Эквивалентная схема емкостного датчика с изолированными электродами представлена на рисунке 6. Рис. 6. Эквивалентная схема емкостного датчика
Измерительный преобразователь для ёмкостного датчика с заземлённым электродом. Рис. 7. Функциональная схема измерительного преобразователя для ёмкостного датчика
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 2391; Нарушение авторского права страницы