Широкодіапазонний ЕІУ з лінійною шкалою. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Індикатори, датчики, детектори

 Коментарі до статті

Вимірники рівня (ІУ), що застосовуються в промисловості, здебільшого незручні в налаштуванні, їх показання залежать від часу. Перетворювачі тиску, що застосовуються для цих цілей, містять кілька приладів у вимірювальній "ланцюжку", тому вимагають ретельного налагодження.

Зміна щільності розчинів (внаслідок зміни температури) і вносить свій "внесок" в порушення відліку рівня. Сполучні трубки, які підводять перепад тиску до дифманометрів, при вимірюваннях не мають протоки рідини, тому навіть при гарячій воді в ємності трубки легко перемерзають. Така ж ситуація і із "засміченням" трубки: потрібне часте обслуговування.

Електронні вимірювачі рівня (ЕІУ) промислового виготовлення часто містять велику кількість деталей, не маючи при цьому лінійності та стабільності показань. "Кустарні" ЕІУ, виготовлені кооперативами, часто мають схеми з коливальними контурами, і при невдалому налаштуванні їх показання можуть зменшуватися зі збільшенням рівня рідини.

На заводі ЕНЗІМ (м.Ладижин) у 1990 р. було встановлено кілька ЕІУ за наведеними нижче схемами та виконано такі ремонтні роботи: викинуто мікросхему блоку живлення (БП); виготовлений БП за нашою схемою; кілька разів змінювали електролітичний конденсатор; датчик - ізольований тросик "просочився" шампунем - замінений на тросик у фторопластової ізоляції.

На рис.1 показано схему простого вимірювача ємності з лінійною шкалою. Звичайно, в точності відліку він поступається цифровим, але при підборі деталей радіоаматором є дуже зручним, так як за шкалою помітно, в який бік відрізняється ємність конденсаторів.

Якщо радіоаматор виготовить схему на кілька діапазонів вимірювання ємності (висновки 2 і 6 таймера DA1 слід підключати в точку з'єднання частотозадаючих RС-ланцюжків, а всі підстроювальні резистори постійно приєднані до висновку 3 таймера), то для налагодження кожного діапазону вимірювання ємності потрібно один зразок.

Складна внутрішня схема таймера працює просто. Два компаратори (входи 2 і 6) і тригерна схема з виходом 3 мають два стійкі стани:

1) нуль на виході, коли вхідна напруга вище 1/3 напруги живлення;

2) висока напруга на виході, коли вхідна напруга нижче 2/3 напруги живлення.

З урахуванням цього напруга на конденсаторі С1 весь час коливається між 1/3 і 2/3 напруги живлення, а на виході таймера генерується послідовність прямокутних імпульсів.

Мікросхема КР1006ВІ1 тим і хороша, що змінюючи опір резистора R1 від 200 Ом до 10 МОм і ємність конденсатора С1 від 10 пФ до максимальної, можна отримати період коливань від часток мікросекунди до сотень секунд.

Стабілітрон VD1 завжди встановлюють на вході таймера, щоб при налагодженні не "пробити" входи таймера мережним наведенням на паяльник і дроти.

На транзисторі VT1 зібраний вузол лінійного перетворення сигналів вхідної частоти (від таймера) та випробуваної ємності електричний струм.

Завдяки незвичайному включенню VT1 і VD2, вони по черзі перезаряджають випробуваний конденсатор у моменти підвищення та зниження напруги вихідних імпульсів. Якщо конденсатор заряджається через діод VD2 і резистор R4 (а також "загальний" з транзистором резистор R7), то розряд визначається потенціалом бази транзистора і, внаслідок високих підсилювальних властивостей даного транзистора, відбувається по колу колектора і далі вимірювальний ланцюг! Тільки двохсот частина розрядного струму йде в базу транзистора!

Для збереження колекторної напруги (щоб транзистор міг працювати як підсилювач) потенціал бази "зрушений" у бік "плюсу" живлення за допомогою дільника R4 та R5. Щоб забезпечити " живучість " схеми, опір резисторів R2, R4, R7, R14 годі було зменшувати. Нумерація деталей така, що опис цієї схеми підходить і для наступних (однакові номери деталей виконують однакову функцію).

Вихідні імпульси струму з перетворювача ємність та частота - струм інтегруються конденсатором С5. За допомогою резистора R6 можна підлаштувати вихід зразкового конденсатора. Конденсатори С3 і С4 згладжують пульсації напруги живлення, С2 підтримує сталість напруги на вузлах порівняння компараторів таймера.

Коротке замикання в ланцюзі конденсатора закриває транзистор VT1 і не призводить до аварії.

Якщо вимірювальна головка Ра1 велика за розміром, монтажну плату можна закріпити прямо на клемах вимірювальної головки. Стабілізований блок живлення можна виготовити окремому корпусі (рис.2).

Схема побудована так, що один висновок вимірюваного конденсатора приєднаний до корпусу, на відміну від більш простих схем, тому подібна схема дозволяє вимірювати рівень рідин, що проводять в резервуарах (рис.3).

Замість випробуваного конденсатора до входу схеми підключено ємність датчика рівня - вертикально закріплений усередині ємності ізольований провідник. Якщо немає штиря, ізольованого фторопластом, можна застосувати тросик у фторопластовой ізоляції. Щоб не робити "титанічних" зусиль для ізоляції нижнього виведення тросика, який все одно замокне, потрібно вивести обидва кінці тросика вгору через боби, що ущільнюють і ізолюють. Перетворювальний блок слід закріпити біля виведення датчика ємності з посудини, щоб на вхід перетворювача не підводити "зайву" ємність кабелю з'єднувального. Блок живлення і головка, що показує, встановлені в електрощиті.

Живлення та вихідний сигнал проходять по 4-жильному кабелю (якщо дві судини з вимірюваними рівнями розташовані поруч, чотирьох жил вистачає для живлення та зняття вихідного сигналу з обох перетворювачів).

Розглянемо відмінності схеми рис.3 від схеми рис.1. Резистор R2 має більший номінал, щоб зменшити діапазон перебудови. Місткість конденсатора С1, що визначає частоту генератора "грубо", встановлюють стосовно об'єкту. Схема широкодіапазонна, вона дозволяє вимірювати ємність в інтервалі десятків пікофарад та десятків мікрофарад, що відповідає виміру рівня в діапазоні "від склянки до океану". Погонна ємність датчика дуже різна (фторопластова ізоляція троса має товщину близько 1 мм, а кабель, який можна застосовувати в місцях з невисокою температурою в ролі датчика, може мати товщину ізоляції кілька міліметрів), промислові резервуари з рідинами мають висоту від дециметрів до десятків метрів, тому ми наводимо орієнтовні дані.

Внаслідок лінійного характеру зміни вихідного сигналу від вхідної ємності та частоти генератора на DA1 налаштування схеми на об'єкті нескладне: якщо вихідний сигнал при повній ємності малий - слід зменшити ємність С1, щоб зросла частота генератора та збільшився вихідний сигнал (і навпаки), причому таку "грубу" підстроювання легко здійснити в межах тисяч разів!

Транзистор VT1 блоку перетворення включений "навпаки", щоб його вихідний сигнал підвести до накопичувального конденсатора С5 і резистори R6, приєднаним до "плюсу" джерела живлення. Транзистори VT2 і VT3 перетворять падіння напруги на R6 вихідний струм 0...5 мА, що йде від "плюсу" до корпусу, щоб приєднати вимірювальну головку РА1 другим виведенням до корпусу. Вихідний сигнал є струмовим - за зміни опору вимірювальної головки (навіть за послідовному включенні другий) величина показань не змінюється. Це визначається порівнянням падіння вхідної напруги на резисторі R6 і струмового напруги на R8. Порівнюючий транзистор VT2 має непоганий коефіцієнт посилення, а другий із складових транзисторів (VT3) включений як підсилювач струму. Щоб компенсувати перепад напруги на Б-Е переході вхідного транзистора пари VT2, послідовно з вхідним резистором R6 включений кремнієвий діод VD3.

Вихідний транзистор порівняно потужний, так як при КЗ ємнісного датчика вихідний струм зростає.

При вимірі рівня ємнісним методом суттєвим є наявність початкової (нульової) ємності датчика, коли ємності ще немає води.

Щоб зменшити показання вихідного приладу, "відбираємо" частину струму через R8 у транзисторів на резистор R9. Таким чином, деякий струм, який визначається підстроювальним резистором R9, йде через емітерний резистор порівнюючого транзистора VT2, а на вихідний прилад ця частина струму не надходить!

Таким чином, повне налаштування приладу включає:

• "грубу" припасування діапазону вимірювань конденсатором С1;
• 100% налаштування при повній ємності резистором R1;
• підстроювання "нуля" при порожній ємності резистором R9.

Резервним органом перебудови діапазону є резистор R6, зміна опору якого без зміни частоти генератора на DA1 теж призводить до зміни розмаху вихідного сигналу.

А чи обов'язково потрібно перепаювати деталі інших номіналів під час налаштування приладу на об'єкті? Ні! На відміну від промислових (і навіть імпортних) приладів, ми використовуємо імітатори ємнісного сигналу датчика рівня (рис.4).

Після встановлення датчика рівня необхідно виміряти ємність датчика за порожньої ємності С0 і після наповнення рідиною на 100% - С100.

Після цього можна зателефонувати до іншого міста і там спаяти і налаштувати ЕІУ за нашою схемою. Насправді вихідний сигнал пропорційний ємності датчика, а характер зміни сигналу в залежності від ємності - теж лінійний. Якщо прив'язати початок і кінець шкали, далі все виходить просто! Не потрібно багато разів наповнювати 60-кубові ємності водою, щоб послідовно підлаштовувати 0 і 100% шкали промислового приладу. Необхідно переключити S1 у положення "Налаштування", і хоч сотню разів "клацати" тумблером S2, послідовно підлаштовуючи шкалу приладу.

Після цього потрібно один раз наповнити ємність водою через лічильник-водомір і записати показання лічильника, що відповідають цілим поділом шкали.

На практиці ми робимо прозаїчніше. Так як вимірювачі ємності в різних місцях можуть бути неоднаково налаштовані (навіть неоднаковий шматок дроту на вході!), ми намагаємося дома підібрати конденсатори, що імітують початкову і кінцеву електричні ємності судини. При деякій вправності підбір ємності можна здійснити з 3 ... 5 номіналів.

На шкалі (це хитрість із практики) ми намагаємося " виставити " початкову ємність не так на 0, але в перше розподіл, щоб відключення схеми чи обрив датчика " впали у вічі " оператору. Ушкодження ізоляції датчика, що призводить до замикання входу схеми, викликає "зашкалювання" стрілочного приладу, що показує.

Схема рис.3 підходить для монтажу початківцями, але для забезпечення зручності в налагодженні та лінійності шкали краще виготовити схему рис.5, особливо якщо потрібна серія приладів для однакових умов вимірювання.

(Натисніть для збільшення)

Розглянемо цю схему докладніше, ніж попередні, оскільки нумерація деталей у схемах збігається, цей опис пояснить і попередні схеми.

Деталі, що згладжують пульсації напруги:

• С3, С4 – живлення;
• С2 – опорної напруги таймера;
• С5 - накопичувальний на виході перетворювача ємність напруги.

Активні (нелінійні) елементи:

• DA1 - напівпровідникова мікросхема - таймер - генератор прямокутних імпульсів для роботи перетворювача ємність - напруга;
• VT1 - транзистор перетворювача ємність - напруга, який при кожному імпульсі генератора перезаряджає ємність, що вимірювається, і дає імпульс струму на R6 і С5;
• VD2 - кремнієвий діод, який здійснює "зворотну" перезарядку вхідної ємності (працює в парі з VT1);
• VT2 - польовий транзистор перетворювач напруга - вихідний струм;
• VT3 - біполярний транзистор, більш потужний "помічник" VT2 (вони діють як один польовий транзистор з великою крутістю);
• VT4 - вихідний транзистор, включений із загальною базою, стабілізує напругу живлення на VT2, VT3, що дозволяє їм однаково працювати при зміні опору навантаження;
• VD1 - захисний стабілітрон у ланцюзі входів таймера;
• VD3 - стабілітрон, який підтримує необхідний потенціал бази вихідного транзистора;
• VD4, VD5 - елементи захисту від зворотної подачі напруги живлення на схему та проникнення високої напруги з виходу (ланцюг вимірювального приладу) до елементів схем, це можливо при аваріях.

Обмежувачі струму:

• R7 - ланцюги датчика ємності;
• R13 - в ланцюзі вимірювального приладу (резистор повинен перегоріти при попаданні високої напруги в ланцюзі вимірювального приладу).

Підстроювальні елементи:

• R1 та С1 - частоти коливань генератора;
• R6 (додаткове регулювання) – рівня напруги на вході перетворювача напруга – струм;
• R9 - підстроювання "нуля" виходу.

Обмеження регулювання (за місцем):

• R2 (не менше 200 Ом) – мінімального опору (максимальної частоти);
• R3 – максимального опору (мінімальної частоти);
• R10 (не менше 250 Ом) відбору струму з транзисторів
• VT2 та VT3: струм зменшує показання стрілочного приладу;
• R11 - мінімального відбору струму (без цього резистора діапазон регулювання "нуля" праворуч буде занадто великим).

Обмеження регулювань необхідно у тому, щоб за виготовленні серії приладів з однаковими межами вхідного сигналу шукати змінні резистори з номіналом, які входять у низку стандартних опорів й те водночас забезпечити підлаштування приладу нешироких межах близько норм, тобто. полегшити підстроювання.

Якби промисловість виготовляла прилади, такі обмежувачі виконувались за допомогою перемикачів або перемичок, але радіоаматору набагато простіше припаяти резистор потрібного номіналу.

Деталі, що підтримують необхідний режим роботи каскадів:

• R4, R5 - "зсувають" потенціал імпульсної напруги на базі транзистора - перетворювача VT1 до "нуля", щоб забезпечити запас напруги на колекторі (інакше підсилювальні властивості транзистора погіршаться);
• R6 - узгодить середній струм, що йде з колектора VT1, з максимальною напругою на вході перетворювача напруга - струм (цим резистором також можна "грубо" регулювати максимальний вихідний сигнал);
• R8 - резистор на початку транзистора VT2 каскаду перетворення напруга-струм, цей резистор задає масштаб перетворення;
• R12 - забезпечує живлення стабілітрону необхідним струмом.

Аналогічно попереднім ця схема містить конденсатори постійної ємності, що імітують ємність датчика при порожній та заповненій рідиною ємності.

Порівняно з перетворювачами ємнісного сигналу датчика рівня, виготовленими промисловістю, схема має такі переваги:

• менш складна схема (набагато); лінійність показань залежно від рівня; широкий діапазон перебудови;
• висока надійність; легкість та швидкість з'ясування причини неправильних показань;
• неймовірно всього 28 деталей, з яких змонтовано чотири блоки (каскаду)!

Автор: Н.П.Горейко

Дивіться інші статті розділу Індикатори, датчики, детектори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Високогірні умови життя змінюють кров людини 28.10.2016 Вчені зі США в лабораторних дослідах встановили, що організм людини пристосовується до високогірних умов лише за ніч. І потім організм пам'ятає цей досвід, що дозволяє швидше адаптуватись. Вченим давно відомо, що організм підлаштовується до високогірних умов. На висоті 5260 метрів – це близько до рівня, де розташований табір на Евересті, – атмосфера містить 53% кисню від того обсягу, що зазвичай міститься в атмосфері на рівні моря. Це ускладнює дихання та заняття спортом, що зазвичай пояснювали тим, що в умовах нестачі кисню організм будує нові червоні клітини крові, щоб полегшити споживання кисню м'язами та життєво важливими органами. Але альпіністи знають, що це, мабуть, не так. Виробництво нових червоних клітин займає кілька тижнів, а до висот навіть звичайні люди можуть адаптуватися за кілька днів. Роберт Роач (Robert Roach), директор Висотного дослідницького центру Університету Колорадо (США), з колегами вирішили вивчити це питання. Для цього вони відправили волонтерів до табору на вершині гори Чакалтаю в Болівії, розташованому на висоті 5421 метрів. Це найвищий гірськолижний курорт у світі. Через день перебування на цій висоті волонтери почувалися краще. Через два тижні вони могли здійснити 3,2-кілометрове сходження. Потім волонтери залишили курорт і знову повернулися один-два тижні. Дивно, але їх організми, здається, згадали початковий досвід на висоті, що дозволило їм адаптуватися краще, ніж уперше. Вони змогли знову зробити 3,2-кілометрове сходження, хоча вперше для багатьох із них це було проблемою. Вчені вивчили рівень гемоглобіну - кисень білків, що несуть, - у червоних кров'яних клітинах у волонтерів. Вони знайшли там численні зміни, які викликані кисневими умовами. За словами Роача, які наводяться у дописі, це схоже на послаблення зчеплення з бейсбольною рукавичкою. "Якщо я розслаблю руку, я випущу м'яч", - образно пояснив учений зміни, що відбуваються в крові. Такі зміни спостерігалися раніше у лабораторії, але ніколи у людей і ніколи на висоті. Вчені також виявили, що метаболічні процеси, які відповідають за ці зміни, значно складніші, ніж очікувалося. Червоні кров'яні тільця живуть 120 днів і стільки ж тривають зміни. Ця робота корисна не лише для вивчення організмів альпіністів, а й для лікування людей, які втратили багато крові через аварію. Крім того, розуміння процесу адаптації організму до висоти допоможе лікувати туристів, які погано почуваються в горах. Це навіть може мати користь для космонавтів.

Інші цікаві новини:

▪ Мережевий стандарт зі швидкістю передачі 800 Гбіт/с

▪ Набір Nubia Z50S Pro Starlight Imaging Kit

▪ Прозора глина

▪ Смарт-жилетка Carhartt X-1

▪ Захист від ожиріння: генетичні мутації як фактор впливу

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Електричні лічильники. Добірка статей

▪ стаття Організаційна поведінка. Шпаргалка

▪ статья Який художник під враженням від роботи іншого повністю переробив свою фреску? Детальна відповідь

▪ стаття Пресувальник емалі. Посадова інструкція

▪ стаття Антенний адаптер-флюгарка. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Електропривод намотувального пристрою для країв. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024