Функциональные схемы измерительного преобразователя для индуктивного и емкостного датчиков: назначение элементов, описание их работы, вывод уравнения преобразования.
Функциональная схема измерительного преобразователя для индукционного датчика приведена на рисунке 1. Она состоит из следующих элементов:
ГСК | - генератор синусоидальных колебаний, предназначенный для питания датчика; |
ЭМД | - электромагнитный датчик, имеющий обмотку возбуждения 1 - 2 и выходную обмотку 3 - 4; |
ПрТН | - преобразователь ток-напряжение, вырабатывающий выходное напряжение, пропорциональное входному току через датчик и синфазное (противофазное) с входным током; |
ФСУ | - фазосдвигающее устройство, сдвигающее фазу входного напряжения до получения синфазности/противофазности с выходным напряжением; |
ФУН | - формирователь управляющего напряжения, необходимый для управления ключами фазочувствительного выпрямителя; |
Ус | - усилитель выходного сигнала датчика; |
ФЧВ | - фазочувствительный выпрямитель; |
ФМИ | - фильтр нижних частот; |
ПНТ | - преобразователь напряжение-ток, позволяющий получить выходной унифицированный ток; |
БП | - блок питания измерительного преобразователя. |
Рис. 1. Функциональная схема измерительного преобразователя для индукционного датчика
Схема датчика дана на рисунке 2.
Рис. 2. Эквивалентная схема электромагнитного датчика
На схеме даны следующие обозначения:
- сопротивление меди; | |
- сопротивление потерь; | |
- индуктивность обмотки возбуждения; | |
- питающее синусоидальное напряжение; | |
- выходное напряжение датчика; | |
- коэффициент связи, В/А; | |
- входной ток обмотки возбуждения; | |
- ток индуктивности, создающий магнитный поток в датчике. |
|
|
По эквивалентной схеме требуется рассчитать диапазон изменения выходных напряжений датчика. . Для нахождения тока и воспользуемся схемой, представленной на рисунке 1, тогда входной ток будет равен:
.
Фазовый сдвиг тока относительно питающего напряжения будет иметь вид:
.
Ток через индуктивность будет равен:
,
,
а фазовый сдвиг тока относительно напряжения имеет вид:
.
Тогда, согласно функциональной схеме, фазовый сдвиг между током и будет равен:
,
.
Диапазон выходных напряжений равен: .
Фазовый сдвиг, необходимый для получения управляющих напряжений, синфазных с выходным, равен .
Измерительный преобразователь для ёмкостного датчика (ЕД)
1. Ёмкостной датчик с изолированными электродами | 2. Ёмкостной датчик с заземлённым электродом |
3. Дифференциальный ёмкостной датчик с изолированными электродами | 4. Дифференциальный ёмкостной датчик с заземлённым средним электродом |
Рис. 3. Функциональная схема измерительного преобразователя для емкостного датчика с изолированными электродами
|
|
ГКН | - генератор квадратурных синусоидальных напряжений; |
ПНТ | - преобразователь ток-напряжение; |
ФЧВ | - фазочувствительный выпрямитель; |
ФНЧ | - фильтр нижних частот; |
ПНТ | - преобразователь напряжение-ток; |
ФУН | - формирователь управляющих напряжений; |
- электрическая емкость датчика, изменяющаяся под действием физической величины от до (дано по заданию); | |
- сопротивление потерь в датчике (задан пересчитывается в ); | |
- напряжение смещения, согласует диапазоны изменения и выходного тока ; | |
- унифицированный выходной сигнал в виде тока. |
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
При питании датчика от источника напряжения ток через датчик будет иметь вид: .
В комплексном виде: .
|
|
Откуда видно, что ток через датчик имеет две составляющих, одну совпадающую с напряжением питания и составляющую, сдвинутую относительно напряжения питания на и пропорциональную . В результате, суммарный ток через датчик сдвинут относительно питающего напряжения не на 90°, а на угол , где – угол недосдвига до 90°, обусловленный потерями в датчике. Тогда согласно векторной диаграмме имеем
.
Измерительный преобразователь для ёмкостного датчика с заземлённым электродом.
Рис. 7. Функциональная схема измерительного преобразователя для ёмкостного датчика с заземлённым электродом
Инв | - инвертор выходного напряжения генератора ГКН, получает напряжение противоположной фазы по сравнению с напряжением на датчике ; |
Сумм | - суммирует напряжения с выходов усилителя Ус и инвертора Инвдля компенсации неинформативной составляющей; |
Ус | - усилитель с большим коэффициентом усиления (операционный усилитель) служит для преобразования значения электрической ёмкости в напряжение пропорциональное ; |
ПЕН | - преобразователь значения емкости в напряжение ; |
- выходное напряжение генератора, оно же и напряжение питания емкостного датчика ; | |
- выходное напряжение преобразователя емкости в напряжение; |
|
|
Эквивалентная схема преобразователя представлена на рисунке 8. На рисунке 8а представлена схема преобразователя в напряжении , на рисунке 8б – векторная диаграмма токов в датчике.
Рис. 8. Эквивалентная схема преобразователя емкости в напряжение
Поскольку в датчике существуют потери, то ток через него сдвинут по фазе относительно напряжения не на , а на угол несколько меньше , где – недосдвиг до .
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 308; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!