Электротехника \ Схемотехника

Преобразователь приращения сопротивления в ток

Страницы работы

15 страниц (Word-файл)

Скачать файл

Содержание работы

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Кафедра Систем Сбора и Обработки Данных

Дисциплина «Схемотехника»

Курсовая работа

«Преобразователь приращения сопротивления в ток»

Факультет: АВТ

Группа: АО-31

Студент: Ермилов И. Г. Преподаватель: доц. Каспер А.Э.

Вариант 11

Новосибирск

2006

1. Задание.

Разработать преобразователь приращения сопротивления в ток. Пределы измерения приращения сопротивления (начальное сопротивление R₀): 10 Ом (1 кОм), 100 Ом (1 кОм). Номинальный выходной ток 1 мА. Ток через измеряемое сопротивление не должен превышать 200 мкА. Предел приведенной относительной погрешности в диапазоне температур окружающей среды .

2. Функциональная схема преобразователя.

Преобразование будет осуществляться в несколько этапов.

Преобразование сопротивления в напряжение

Рис.1. Функциональная схема преобразователя.

Первый этап необходим для получения напряжения, пропорционального измеряемому сопротивлению. Здесь же происходит усиление полученного напряжения (с использованием инструментального усилителя) для удобства дальнейшей обработки.

Вычитание постоянной составляющей из общего напряжения происходит на втором этапе. Такая операция возможна при включении в цепь дифференциального усилителя.

На третьем этапе напряжение преобразуется в ток.

Если приращение сопротивления не произошло, то выходной ток будет нулевым.

Полученная цепь позволит четко контролировать номинальный выходной ток (с учетом погрешностей, вносимых элементами схемы).

3. Разработка принципиальной схемы преобразователя.

1) Разработка преобразователя сопротивления в напряжение.

Простейший преобразователь сопротивлениеàнапряжение осуществляется за счет пропускания тока через резистор:

Рис.2. Преобразователь сопротивления в напряжение.

При этом полученное напряжение будет пропорционально сопротивлению согласно закону Ома: . В качестве источника тока далее используется REF200:

Рис.3. Конфигурация выходов источника тока REF200.

Данный источник может работать на 50, 100, 200, 300 и 400 мкА (хотя фактически, может быть достигнуто любое значение тока, о чем указано в документации самого источника).

Подключение в схему:

Рис.4. Получение значения тока 200 мкА.

В дальнейшем, для удобства, будет обозначаться как:

В задании указано, что ток через измеряемое сопротивление не должен превышать 200 мкА. Это условие выполнено.

Для усиления полученного напряжения применяется инструментальный усилитель AD620A:

Рис.5. Подключение инструментального усилителя к схеме.

V1, V2 – источники питания усилителя; +in,-in – прямой и обратный входы; out – выход; rg1,rg2 – выходы для подключения резистора, управляющего коэффициентом усиления. R_g – управляющий резистор.

Инструментальные усилители имеют высокие входные сопротивления, высокий коэффициент подавления синфазного входного сигнала и обеспечивают установку заданного коэффициента усиления с помощью одного изменяемого сопротивления.

Коэффициент усиления высчитывается по формуле: .

2) Выделение приращения из общего напряжения.

В данной работе это достигается за счет использования дифференциального усилителя:

U₁

U₂

Рис.6. Схема дифференциального усилителя.

Выходное напряжение рассчитывается следующим образом:

(1)

Также здесь при помощи ключей будет осуществляться переключение коэффициента усиления для различных значений приращения сопротивления (для различных пределов измерения):

Рис.7. Схема с учетом переключения коэффициента усиления.

В качестве источника опорного напряжения V1 применяется схема:

Рис.8. Получение напряжения

3) Преобразователь напряжения в ток

Осуществляется за счет операционного усилителя:

Рис.9. Преобразователь напряжения в ток.

Номинальный выходной ток – протекающий через сопротивление нагрузки R_n.

Итак, в общем виде схема представляет собой:

Рис.10. Схема преобразователя приращения сопротивления (на R1) в ток (VAm1).

4. Расчет параметров схемы.

Как уже было сказано выше, ток, вырабатываемый источником тока, равен 200 мкА.

R1 – измеряемое сопротивление, начальное значение – 1 кОм, пределы приращения: 10 Ом и 100 Ом.

V1, V2, V4, V5, V6, V7 – источники питания операционных усилителей.

На вход усилителя Х1(AD620A) подается напряжение , и это напряжение равно в случае, если приращение не было произведено; - при приращении на 10 Ом; - при приращении на 100 Ом.

Для удобства вычитания постоянной составляющей это напряжение усиливается с коэффициентом . Пусть G=10, отсюда .

Номинал с таким значением существует: российское производство, серии С2-29-0.125-1%-5.49К.

Таким образом, на выходе инструментального усилителя напряжение равно 2В (в случае без осуществления приращения); 2,02В (приращение на 10 Ом) или 2,2В (приращение на 100 Ом).

Далее необходимо вычесть 2В из полученного напряжения, чтобы получить только приращение. Марка операционного усилителя Х2 - ALD1702DA.

Ток обратной связи операционного усилителя X3 (AD825AR-15) – номинальный выходной ток – равен и от R_н не зависит. Пусть R₆=1 кОм, тогда напряжение на выходе дифференциального усилителя должно составлять: . Естественно, что в случае, когда приращения не произошло, напряжение на выходе этого усилителя должно равняться нулю. Исходя из формулы (1) определяем, что для регулирования коэффициента усиления в данном случае необходимо изменять R₂.