Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Розробка двоканальної інформаційно-вимірювальної системи для вимірювання переддефектного стану металевих конструкцій.

В основу двоканальної інформаційно-вимірювальної системи контролю переддефектного стану елементів металевих конструкцій покладено найбільш широковживаний принцип перетворення «температура – напруга».

Структурну схему перетворювачів з використанням джерела струму і диференційного підсилювача наведено на рис. 2.2. Для того щоб реалізувати двоканальну інформаційно-вимірювальну систему контролю потрібно використати дві схеми перетворювачів з використання джерела струму і диференційного підсилювача.

Рис. 2.2. Структурна схема перетворювачів "температура-напруга" з використанням напівпровідникового давача температури.

Для збільшення динамічного діапазону вимірювального сигналу забезпечується компенсація спаду напруги на перетворювачі при температурі 0°С. Таким чином вихідна напруга буде пропорційною температурі.

Коефіцієнт підсилення диференційного підсилювача вибрано 10. Таким чином на його виході буде напруга від 7,58 В (при 0°С) до 6,5В (при 65°С).

Для компенсування напруги 7,58 В використовується різницевий підсилювач. Вхідні струми від джерела опорної напруги і з виходу диференційного підсилювача підбираються таким чином, щоб вони були протилежного знаку і одинакові за модулем при температурі 0°С.

На виході різницевого підсилювача напруга буде знаходитись в межах від 0 В (при 0°С) до –1,08В (при 65°С). При робочих вимірюваних температурах з метою збільшення вихідної напруги і приведення її до стандартної величини 10В після різницевого підсилювача слід встановити інвертуючий підсилювач з коефіцієнтом підсилення 10 [96].

В результаті, при вимірюванні температури напівпровідниковим давачем від 0°С до 59°С на виході перетворювача буде напруга від 0В до 10В.

Для створення джерела опорного струму в 100 мкА було використано мікросхему REF200 (Texas Instruments), яка містить схему двох прецизійних джерел струму на 100 мкА. Щоб реалізувати двоканальну інформаційно-вимірювальну схему контролю потрібно використати дві мікросхеми REF200 (Texas Instruments).

Рис.2.3. Структурна схема джерела опорного струму на базі мікросхеми REF200.

Диференційний підсилювач повинен підсилювати різницеву складову напруги в 10 разів. Тому вибираємо інструментальний підсилювач типу INA141 (Texas Instruments), який забезпечує стабільний коефіцієнт підсилення 10. Для забезпечення стабільного коефіцієнта підсилення 10 на двох каналах нашої схеми контролю використаємо два інструментальних підсилювачів типу INA141 (Texas Instruments).

Рис. 2.4. Структурна схема інструментального підсилювача INA141.

Для усунення напруги потенційного бар’єру p-n переходу напівпровідникового давача необхідно відняти 7,58В. Для цього використовується різницевий підсилювач на прецизійному операційному підсилювачі OPA177 (Texas Instruments) для двох каналів схеми. При цьому вихідна напруга із попереднього каскаду за допомогою резистора, включеного до входу операційного підсилювача, перетворюється в струм 100 мкА. Для цього резистор повинен бути 7,58В/0,0001А=75800 Ом. Для створення опорного струму 100 мкА використовується одне з опорних джерел REF200.

Для передачі результатів вимірювання на відстань вихідний сигнал повинен бути порядку 4-20мА. Для цього на двох каналах схеми використовуються перетворювачі напруги в вихідний струм типу XTR110 (Texas Instruments).

Рис. 2.5. Структурна схема перетворювача напруги в струм 4-20мА.

Перетворення температури у напругу здійснюється згідно розробленої схеми, що наведена на рис.2.6. Дана схема перетворення температури в напругу описана для одного каналу, для того щоб реалізувати двоканальну інформаційно-вимірювальну схему використаємо дві аналогічні схеми із рис.2.6.

Рис.2.6. Схема перетворення температури у напругу.

Для дискретизації аналогового сигналу використано вузол збору даних на основі мікросхеми аналого-цифрового перетворювача (АЦП) AD7715 (Analog Devices). Схему вузла наведено на рис.2.7. При описі двоканальної системи використаємо два вузла збору даних на основі (АЦП) AD7715 (Analog Devices).

Для захисту від комутаційних струмів входи мікросхеми AD7715 буферовано резисторами і шинними формувачами. Для запобігання надлишкового вихідного струму AD7715 також використано буфер. Зменшення рівня вхідних та вихідних струмів зменшує перехресні завади в самій мікросхемі AD7715.

Вхідний сигнал з перетворювача температури у вигляді струму, протікаючи через опорний резистор величиною 474,5 Ом, перетворюється в напругу і поступає на вхід аналого-цифрового перетворювача. Таким чином, на вході АЦП (при діапазоні зміни струму від 0 до 5 мА) забезпечується напруга від 2,3725 до 0 В. Ця напруга дискретизується 16-ти розрядним АЦП. Дискретність наведених значень при опорній напрузі 2,5В буде становити 38мкВ. Мікросхема AD7715 може працювати в режимі однополярного або двополярного вхідного сигналу. У випадку двополярного вхідного сигналу старший розряд АЦП використовується як знаковий. Тому на результат відводиться 15 розрядів.

Рис.2.7. Схема вузла збору даних на основі мікросхеми AD7715.

При зміні температури від 50°С до 0°С напруга на виході перетворювача буде змінюватись від 0 до 10В, а струм - від 0 до 5 мА. Струм, протікаючи через опорний резистор в блоці обробки сигналу, перетворюється у напругу від 0 до 2,3725 В.

Режим двополярного вхідного сигналу дозволить розширити діапазон вимірювання температури.

Отже, вхідна напруга дискретизується в 15-ти розрядний код АЦП ( ). Дискретність представлених значень:

Обмін між вузлом обробки вихідного сигналу і ЕОМ здійснюється через паралельний порт. АЦП калібрується за допомогою сервісної програми при нульовій та максимальній вхідній напругах. Для усунення впливу завад на частоті мережі живлення 50 Гц частоту дискретизації вибрано рівною 50 Гц.

Для визначення співвідношення між кодом АЦП і вимірюваною температурою слід проаналізувати залежність цифрового коду К та напруги від виміряної температури (рис.2.8).

Рис.2.8. Залежність цифрового коду К та напруги U від виміряної температури.

Тоді, для напруги 2,3725В цифровий код можна визначити як:

Перевести код K, отриманий в результаті дискретизації в температуру t, враховуючи його отримане значення 63864 і 08000h = 32768, можна таким чином:

Вигляд пристрою перетворення температури в струм зі знятою кришкою показано на рис.2.9. Для забезпечення захисту від сторонніх завад всі сигнальні вузли перетворювача змонтовано в металевому екрані. Для налагодження та регулювання перетворювача передбачено резистори змінного опору, що розташовані біля отворів в екрані.

Рис. 2.9. Вигляд пристрою перетворення температури в струм.

Вигляд вузла дискретизації показано на рис.2.10.

Рис.2.10. Вигляд вузла дискретизації.

Для кращого захисту від перехресних і комутаційних завад одна сторона друкованої плати, на якій змонтовано вузол, має суцільне металеве покриття [97]. Це покриття приєднано до виводу “цифрова земля”. З’єднання “цифрової землі” та “аналогової землі” здійснено перемичкою біля 11 виводу мікросхеми AD7715.

Вид вузла з боку монтажу мікросхем показано на рис.2.11.

Рис.2.11. Вузол дискретизації з боку монтажу мікросхем.

Для запобігання коробленню матеріалу друкованої плати, шини “цифрової землі” виконано у вигляді сітки.

Розроблений засіб змонтовано в корпус з габаритними розмірами мм.

Прийняті схемотехнічні рішення дозволили реалізувати такий засіб, який дозволяє контролювати зміну температури на поверхні тіла у діапазоні від 0⁰ до 60⁰С, має малу інерційність та високу швидкодію.

Для реалізації системи контролю в цілому використано аналого-цифрове перетворення, а реєстрація результатів вимірювання температури реалізована з використанням ПЕОМ, програмне забезпечення якої дозволяє виділити як статичну так і динамічну зміну температури.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.