Курсовая работа: Перетворювач напруга-тривалість імпульсу
Первинним вимірювальним перетворювачем, або сенсором, називається перетворювач, який першим взаємодіє з об'єктом вимірювання і видає сигнал вимірювальної інформації.
До систем дистанційних передач сигналів вимірювальної інформації пред'являються такі вимоги: точність передачі; достовірність і надійність передачі; перешкодозахищеність; дистанційність передачі; мінімальна інерційність; стабільність сигналів, незалежність від джерела живлення; економічність системи дистанційної передачі.
Задовольнити усі наведені вимоги у повному обсязі за допомогою однієї дистанційної системи передачі досить складно, проте у своїй більшості системи відповідають цим вимогам.
Типи перетворювачів дистанційних передач обираються залежно від об'єкта і виду вимірюваної фізичної величини, яка перетворюється в сигнал, що передається лінією зв'язку (струм, напруга, частота, стиснуте повітря тощо). Для перетворення лінійного переміщення в уніфікований сигнал найчастіше використовуються диференціально-трансформаторні та струмові перетворювачі: перетворювачі кутового переміщення – феродинамічні, сельсинні та частотні; перетворення зусиль – електросилові та пневмосилові компенсуючі перетворювачі.
Трансформатори використовуються для перетворення струму або напруги, для включення трифазних лічильників в електричні мережі. Трансформаториструму служать також для ізоляції апаратури від потенціалу мережі, в якій здійснюється вимірювання.
1 . Розробка технічного завдання
Метою курсового проекту є розрахунок та визначення технічних параметрів схеми перетворювача напруга-тривалість імпульсу. Заданий діапазон напруги складає від 10 мВ до 10 В, частота перетворення дорівнює 50 кГц, діапазон частот вхідного сигналу 0…20 кГц, амплітуда на виході – 15В, опори навантаження 5 Ом, похибка ≤1%. Необхідно розрахувати значення кожного з елементів схеми перетворювача напруга – тривалість імпульсу та згідно розрахункам вибрати необхідні операційні підсилювачі, транзистори.
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 вимірювальну 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.
Згідно ДСТУ 2681–94 "Метрологія. Терміни та визначення" та ДСТУ 2682-94 "Метрологія. Метрологічне забезпечення" даний розроблений перетворювач струм – тривалість імпульсу відноситься до первинних вимірювальних перетворювачів
2 . Розробка структурної схеми
2.1 Аналіз існуючи методів вимірювання напруги
Напруга – напругою U12 на ділянці 1–2 називається фізична величина, що визначається роботою, що виконується сумарним полем електростатичних і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола. Поняття напруги є узагальненим поняттям різниці потенціалів: напруга на кінцях ділянки кола дорівнює різниці потенціалів в тому випадку, якщо на цій ділянці не прикладена електрорушійна сила.
Напруга (різниця потенціалів) – робота, яка затрачається на переміщення одиничного заряду з однієї точки в іншу.
Напруга вимірюється у вольтах.