Курсовая работа: Перетворювач індуктивність-напруга

По структурній побудові автоматизовані пристрої нагадують такі біологічні системи, як, наприклад, людина. Органам почуттів людини відповідають в автоматах (чи роботах) датчики, а функції активних органів виконуються виконавчими пристроями. Аналогом мозку як центрального пристрою для обробки сигналів служить ЕОМ з її системою пам'яті.

Поняттям «датчик» у загальному випадку позначають дешевий, але надійний приймач і перетворювач вимірюваної величини, що володіє помірною точністю і придатний для серійного виготовлення.

Пристрої, у яких електромагнітне поле створюється прикладеною напругою, складають групу індуктивних перетворювачів. Основним елементом у цих перетворювачах є змінна індуктивність, що змінюється вхідним вимірювальним параметром.

При застосуванні індуктивного перетворювача інформативним параметром є його індуктивність Lх.

Як вимірювальні ланцюги в індуктивних перетворювачах застосовуються дільники напруги, мостові схеми, коливальні контури й автогенератори. Оскільки сигнали, що знімаються з індуктивних перетворювачів, малі, то вимірювальні ланцюги містять підсилювачі.

1 Розробка технічного завдання

Метою курсового проекту є розрахунок та визначення технічних параметрів схеми перетворювача індуктивність-напруга. Заданий діапазон індуктивностей складає від 1мкГн до 1мГн, значення максимальної вихідної напруги дорівнює 30В, значення опору навантаження складає 5 Ом. Необхідно розрахувати значення кожного з елементів схеми перетворювача індуктивність-напруга та згідно розрахункам вибрати необхідні операційні підсилювачі, транзистори та діоди.

При проектуванні індуктивних перетворювачів варто звертати увагу на екранування проводів, вибір ізоляції, усунення поверхневого опору ізоляції і вибір частоти живлення. Чим вище ця частота, тим менше вихідний опір, тому нерідко частоту живлення вибирають велику (до декількох МГц).

Конструктивні схеми індуктивних перетворювачів виконуються в різних варіантах у залежності від області застосування.

Можливі області застосування індуктивних перетворювачів надзвичайно різноманітні, можна виділити лише окремі сфери:

- промислова техніка виміру і регулювання;

- робототехніка;

- автомобілебудування;

- побутова техніка;

- медична техніка.

Застосування того чи іншого датчика в цих сферах визначається

насамперед відношенням ефективність. При промисловому застосуванні визначальним фактором є погрішність, що при регулюванні процесів повинна складати < 1%, а для задач контролю - 2...3%. Для спеціальних застосувань в області робототехніки і медичної техніки ціни датчиків можуть досягати навіть рівня 10...100 тис. Завдяки впровадженню нових технологій виготовлення (високо-вакуумне напилювання, розпилення, хімічне осадження з газової фази, фотолітографія і т.д.) і нових матеріалів безупинно розширюються сфери застосування датчиків, недоступні раніше через їхню високу ціну.

Прилад повинний відтворювати вимірювані величини з погрішностями, що допускаються. При цьому слово «відтворення», еквівалентне в даному трактуванні слову «відображення», розуміється в самому широкому змісті: одержання на виході приладу величин, пропорційних вхідним величинам; формування заданих функцій від вхідних величин (квадратична і логарифмічна шкали й ін.); одержання похідних і інтегралів від вхідних величин; формування на виході слухових чи зорових образів, що відображають властивості вхідної інформації; формування керуючих сигналів, використовуваних для керування контролю; запам'ятовування і реєстрація вихідних сигналів.

Вимірювальний сигнал, одержуваний від контрольованого об'єкта, передається у вимірювальний прилад у виді імпульсу або у виді енергії. Можна говорити про сигнали: первинних - безпосередньо характеризують контрольований процес; сприйманих чуттєвим елементом приладу; поданих у вимірюльну схему, і т.д. При передачі інформації від контрольованого об'єкта до покажчика приладу сигнали перетерплюють ряд змін за рівнем і спектром і перетворяться з одного виду енергії в іншій.

Необхідність такого перетворення викликається тим, що первинні сигнали не завжди зручні для передачі, переробки, подальшого перетворення

і відтворення. Наприклад, при вимірі температури приладом, чуттєвий елемент якого міститься в контрольоване середовище, сприйманий потік тепла важко передати, а тим більше відтворити на покажчику приладу. Цією особливістю володіють майже всі сигнали первинної інформації. Тому сприймані чуттєвими елементами сигнали майже завжди перетворяться в електричні сигнали, що є універсальними.

Та частина приладу, у якій первинний сигнал перетвориться, наприклад, в електричний, називається первинним перетворювачем. Часто цей перетворювач сполучається з чуттєвим елементом. Сигнали з виходу первинного перетворювача надходять на наступні перетворювачі вимірювального приладу.

У схемах з датчиками, включеними в системи, що стежать, з датчика знімається лише сигнал неузгодженості, що стає рівним нулю в сталому стані системи, що стежить.

Основним недоліком цих схем є залежність значення вихідної величини від параметрів джерела живлення датчика, підсилювача й інших елементів схеми, а також від зовнішніх умов. Справді, варто змінитися напрузі чи частоті генератора, що живить датчик, як напруга, частота і фаза, що є вихідними величинами і, що знімаються з опору R, також зміняться.

Від цих недоліків вільні схеми з індуктивними датчиками, включеними в замкнуту систему автоматичного регулювання. У цих схемах вихідною величиною є кут повороту осі двигуна, що відпрацьовує, чи іншої осі, зв'язаної з нею через редуктор. Однієї з основних характеристик такої системи є чутливість, що показує, при якім мінімальному відхиленні чуттєвого елемента система відпрацьовування приходить у дію. Зовнішні фактори - напруга живлення, температура навколишнього середовища і т.п. - впливають лише на чутливість системи; на точність системи вони можуть впливати лише в тій мірі, у якій вона зв'язана з чутливістю.

У найпростішому випадку індуктивний датчик являє собою дві послідовно включені індуктивності, побудовані конструктивно таким чином, що при збільшенні однієї з них інша зменшується. Ці дві індуктивності можуть бути включені в мостову схему, де два інших плечі - реостатні. Якщо при цьому напруга, що знімається з діагоналі моста, використовувати як сигнал для системи, що стежить, що переміщає щітку потенціометра R убік зменшення неузгодженості, то завжди в сталому стані системи, що стежить, це напруга u=0.

Згідно ДСТУ 2681-94 „Метрологія. Терміни та визначення” та ДСТУ 2682-94 „ Метрологія. Метрологічне забезпечення ” даний розроблений перетворювач індуктивність - напруга відноситься до первинних вимірювальних перетворювачів

2 Розробка структурної схеми

2.1 Аналіз існуючи методів вимірювання індуктивності

Індуктивність — фізична величина, яка характеризує магнітні властивості електричного ланцюга.

Якщо в провідному контурі тече струм, струм створює магнітне поле. Величина магнітного потока, пронизуючий контур, зв'язана з величиною струму І в такий спосіб:

Φ = LI (1)