Разработка преобразователя сопротивления в постоянный ток

  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

НОВОСИБИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ 
УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ  АВТОМАТИКИ  И  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ  ТЕХНИКИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 

«СХЕМОТЕХНИКА»

Преобразователь сопротивления в постоянный ток

Группа: АИ-72                                                            Преподаватель: Каспер А.Э.

Студент: Орлов И.С.

Новосибирск

 2009

Содержание

1.  Задание и исходные данные                                                                                                   3

2.  Разработка функциональной схемы                                                                                      3

3.  Разработка принципиальной схемы                                                                                      4

4.  Расчёт параметров и выбор элементной базы преобразователя                                            7

5.  Расчёт погрешностей преобразования                                                                                 9

6.  Вывод                                                                                                                                        11

1.  Задание и исходные данные.

Разработать преобразователь сопротивления в постоянный ток.

Значение преобразуемого сопротивления  меняется в пределах: 1 кОм – 100 кОм.

Выходной ток меняет направление в зависимости от значения преобразуемого сопротивления: больше или меньше 10 кОм, при кОм выходной ток .

Номинальный выходной ток  мА.

Рабочий ток  мА.

Предел общей относительной погрешности .

Диапазон температур функционирования преобразователя равен .

2.  Разработка функциональной схемы.

Преобразование сопротивления в ток, возможно, провести в две стадии:

·  Преобразование сопротивления в напряжение.

·  Преобразование напряжения в ток.

Из-за требования к изменению направления выходного тока в зависимости от значения преобразуемого сопротивления необходимо усложнить схему необходимо ввести в схему блок, выполняющий данную операцию. Также требуется добавить два источника тока противоположной полярности и ключ для их переключения.

Таким образом, функциональная схема будет иметь вид, изображённый на рис.1.

	преобразователь напряжения в ток

 

блок смены полярности напряжения

          1

преобразователь сопротивления в напряжение

                                                                             ключ

R_x                                                                                                                                                                      

преобразователь напряжения в ток

                                                                                                                   I_вых

                                                                                               2

Рис.1. Функциональная схема преобразователя.

На первом этапе происходит получения напряжения, пропорционального измеряемому сопротивлению.

Второй этап необходим для смены полярности напряжения в зависимости от величины измеряемого сопротивления. Граничным сопротивлением, при переходе через которое меняется полярность, является кОм. При кОм выходной ток .

В зависимости от полярности напряжения, получившегося на выходе предыдущего блока, ключ меняет положение и подключает к выходу соответствующий источник тока. Источники тока преобразуют напряжение в постоянный ток.

3.  Разработка принципиальной схемы.

Рассмотрим все этапы преобразования и составим принципиальную схему преобразователя.

3.1.  Преобразователь сопротивления в напряжение.

В качестве преобразователя сопротивления в напряжения используется инвертирующий усилитель.

                                  R_x

 

I1

              R₁

-

                                      

U1

                      D                                U_A

+

                                                      

 

Рис. 2. Преобразователь сопротивления в напряжение.

Входные сопротивления ОУ стремятся к бесконечности, поэтому узел D является виртуальным нулём и токи через резисторы R₁ и R_X  равны I₁.

Таким образом, выходное напряжение преобразователя будет пропорционально сопротивлению  и равно

                                                                                                                          (1)

3.2.  Смена полярности напряжения.

Для смены полярности напряжения в зависимости от значения преобразуемого сопротивления воспользуемся схемой рис. 3.

                                                   R₄

 

I4

              R₂

-

                                 

I2

UA

                                                                         U_B

                                                      

 

        R₃

                                   I₃

                             U₂

Рис. 3. Схема для смены полярности напряжения.

На вход подаётся напряжение U_A от предыдущего блока преобразования.

Напряжение падает на сопротивлении R₂ и через него протекает ток .

Ток , заданный напряжением  и сопротивлением, равен .

При граничном значении кОм , значит, ток  и напряжение .

При кОм , значит, направление тока  противоположно указанному на рис.3.

При кОм , значит, направление тока  совпадает с указанным на рис.3.

Таким образом, .                                                             (2)

3.3.  Преобразователь напряжения в ток.

В качестве преобразователя напряжения в ток можно использовать источник тока на операционном усилителе (рис. 4).

 

              R₅

-

                                      

                       

+

                                                                 vT₁

 

U_B

 

                                                                   R_н

 

                                                                                        

Рис. 4. Источник тока на ОУ.

Принцип работы данного блока преобразования схож с принципом работы преобразователя сопротивления в напряжение (рис. 2).

Выходное напряжение ОУ устанавливается таким, что напряжение на резисторе  равно .

При этом ток , проходящий через нагрузку R_н , не будет зависеть от величины сопротивления нагрузки и будет равен