Разработка и расчет измерительного преобразователя

, (3.9.3)

где - выпрямленное напряжение, В;

- прямое напряжение на диодах, В;

(3.9.4)

Где - ток потребления АЦП от источника питания с положительным напряжением;

- ток потребления АЦП от источника питания с отрицательным напряжением.

По параметрам из формул (3.9.1)-(3.9.3) подбирается трансформатор. Выбираем ТПП-260. Трансформатор ТПП 260 (схема трансформатора представлена на рисунке 3.13) броневой конструкции (выполнен на сердечнике ШЛМ), допускает включение в сеть с напряжением как 127 В, так и 220 В. В первом случае необходимо соединить выводы 1 и 6, 4 и 9, при этом первичные обмотки 1-4 и 6-9 соединяются параллельно, подать напряжение 127 В на выводы 1 и 4. Во втором случае -- соединить выводы 3 и 7, а напряжение 220 В подать на выводы 2 и 9. В таблице 3.9.2 приведены электрические параметры трансформатора, а на рисунке 3.13 схема трансформатора.

Таблица 3.9.2 - Электрические параметры ТПП 260

Рисунок 3.13 - Схема трансформатора ТПП 260

Стабилизаторы в стандартном включении выполняются по следующим схемам, приведенным ниже (смотри рисунок 3.142).

Схемы стабилизаторов для питания канала представлены на рисунках 3.14а и 3.14б.

а - КР1180

б - КР1179

Рисунок 3.14 - Типовые схемы включения стабилизаторов для питания ОУ

Для канала +9В и -5В применяем схемы с нерегулируемым напряжением на выходе (смотри рисунок 3.15а). Для канала -5В смотри рисунок 3.15б.

а - нерегулируемым выходным напряжением +9В

б - с нерегулируемым выходным напряжением -5В

Рисунок 3.15 - Схема стабилизаторов для питания АЦП

Значения конденсаторов С1, С2, С3, С4 и С5 для схем на рисунке 3.15 такие же как и в схемах стабилизации для канала питания ОУ. Выбираем конденсаторы[4]:

С1, С6: КД-2-500В-330нФ5%;

C2, С7: К50-6-50В-1 мкФ(+80-20)%;

С3, С8: К50-6-50В-30мкФ(+80-20)%;

C4, С9: КМ-4-160В-0.01мкФ20%;

C5, С10: К50-6-50В-10мкФ(+80-20)%.

Рассчитаем выпрямитель.

Выпрямители выполним на блоках диодов (мостах). Требования к мостам (по каналам):

Канал питания ОУ.

Входное (выпрямленное) напряжение выбираем из условия:

, (3.9.8)

где

Кн=0.1 -коэффициент нестабильности сети;

Кп -коэффициент пульсаций;

Uмин -минимальное напряжение на стабилизаторе;

Средний ток, текущий через диод:

(3.9.9)

Обратное максимальное напряжение на диоде:

(3.9.10)

Канал питания АЦП :

, (3.9.11)

, (3.9.12)

, (3.9.13)

где

Uпр=1В - прямое напряжение на диодах.

Выбираем диодный мост КЦ405Е с основными параметрами[5]:

Uобр.макс=100В

Iпр.ср.макс=600мА

Расчет ёмкостей фильтра выпрямителей:

Канал питания ОУ:

 , (3.9.14)

где

- сопротивление нагрузки, Ом. (3.9.15)

(3.9.17)

Выбираем из ряда Cф=100мкФ.

Cф: К50-6-50В-100мкФ.

Канал питания АЦП .

(3.9.18)

(3.9.19)

Выбираем из ряда Cф=750мкФ.

Cф: К50-6-50В-750мкФ.

3.9 Расчет формирователя выходного сигнала (ФВС)

По заданию выходной ток изменяется в пределах 4-20мА.

ФВС состоит из делителя напряжения (ДН) на МС 525ПС2 и преобразователя напряжение-ток (ПНТ) на ОУ (смотри рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 - Схема принципиальная ФВС

В таблице 3.9.1 приведены основные параметры МС 525ПС2.

Таблица 3.9.1 - Основные электрические параметры МС 525ПС2 [5]

Рассчитаем преобразователь напряжение-ток.

(3.10.1)

[3] (3.10.2)

(3.10.3)

(3.10.4)

(3.10.5)

Выбираем элементы для схемы:

R1,R2,R3: СП3-33а-0.125-22кОм±20%,

R4: МЛТ-0.25-3.9кОм5%.

R5: МЛТ-0.25-120Ом5%.

R6: МЛТ-0.25-100Ом5%.

VT1: КТ315А

VT2: КТ361А

DA1: К525ПС2А

DA2: К140УД17А

4 Анализ погрешности

Погрешность устройства в целом складывается из суммы погрешностей всех ее узлов. Таким образом, проанализировав и просуммировав погрешности отдельных блоков устройства, мы сможем судить о точности прибора в целом.

1) Рассмотрим канал I

Рассчитаем погрешность входного усилителя. Напряжение ошибки смещения ВУ:

(4.1)

Напряжение ошибки входных токов ВУ:

(4.2)

Напряжения ошибок входных токов для блоков, следующих за ВУ мы находить не будем, т.к. эти напряжения достаточно малы.

Напряжение ошибки смещения выпрямителя:

(4.3)

Напряжение ошибки смещения ФНЧ II:

(4.4)

Найдем погрешности каждого блока схемы.

Погрешность входного усилителя:

(4.5)

Погрешность прецизионного выпрямителя:

(4.6)

Погрешность ФНЧ II:

(4.7)

2) Рассмотрим канал U

Рассчитаем погрешность дифференциального усилителя. Напряжение ошибки смещения ДУ:

(4.8)

Напряжение ошибки входных токов ДУ:

(4.9)

Напряжения ошибок входных токов для блоков, следующих за ДУ мы находить не будем, т.к. эти напряжения достаточно малы.

Напряжение ошибки смещения ФНЧ I:

(4.10)

Найдем погрешности каждого блока схемы.

Погрешность ДУ:

(4.11)

Погрешность ФЧВ:

(4.12)

Погрешность ФНЧ I:

(4.13)

Погрешность АЦП:

(4.14)

Оценка погрешности устройства в целом:

(4.15)

Методы устранения с погрешностей:

а) Использование прецизионных ОУ, например, таких как К140УД17А;

б) Балансировка ОУ (смотри рисунок 3.16);

Рисунок 3.16 - Схема балансировки ОУ К140УД17[13]

в) Симметрирование;

г) Уменьшение токов утечки с помощью конструктивных способов исполнения устройства (смотри рисунок 3.17).

Рисунок 3.17 -Конструктивные способы уменьшения токов утечки[13]

Настройкой мы исключим ошибки смещения от входных токов и разброс резисторов, но у нас останется нелинейность АЦП. Исходя из этого, можно задать погрешность устройства в целом менее 1.5%. В нашем случае (смотри формулу (4.15)).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была разработана и рассчитана принципиальная схема измерительного преобразователя, который преобразует входной ток заданной амплитуды в специальный код рассчитанный для подключения 3.5-декадного ЖКИ индикатора.

Разработанный преобразователь позволяет измерять величину электрического сопротивления. Если к АЦП соответствующим образом подключить устройство цифровой индикации, например светодиодный или ЖК индикатор, то на базе данного преобразователя можно получить устройство, которое будет показывать величину измеряемого сопротивления, с погрешностью измерений около 1%.

Список использованных источников

1. ОУ КР140УД17 - прецизионный усилитель с малым напряжением смещения и высоким коэффициентом усиления напряжения [DataSheet].

Режим доступа: www.chipinfo.ru/dsheets/ic/140/ud17.html

Дата доступа: 10.5.2010.

2. Дубровский, В.В. Резисторы: справочник/ Д.М Иванов, Н.Я. Пратусевич и др. - 2-е изд. перераб.и доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 528с.:ил.

3. АЦП 572ПВ5[DataSheet].

Режим доступа: http://www.texnic.ru/data/acp/ADC_PDF/

572pv2,%20572pv5,%201175pv2,%201175pv5.pdf

Дата доступа: 10.5.2010.

4. Дьяконов, М.Н. Справочник по электрическим конденсаторам/ В.И. Карабанов, В.И. Присняков и др. Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.Ф. Смирнова.-М.: Радио и связь 1983. - 576с.; ил.

5. Подробное описание (datasheet) электронного компонента «525ПС2А» производства Квазар-ИС.

Режим доступа: http://doc.chipfind.ru/pdf/kwazar/525ps2a.pdf

Дата доступа: 29.05.2010.

6. Нефедов, А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т.9-М.: ИП РадиоСофт, 1999.-512с.

7. Горюнов, Н.Н. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под общей редакцией Н.Н. Горюнова. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1977.-744с.; ил.

Приложение А. Перечень элементов

Страницы: 1, 2, 3