В современной аппаратуре очень часто используются генераторы тактовых импульсов со скважностью 50 %, часто называемые генераторами меандра. Такие генераторы удобно строить на таймерах в режиме мультивибратора (рис. 3.4).
Рис. 3.4 – Функциональная схема мультивибратора
В схеме, представленной на рис, сопротивление R1=10 МОм необходимо, чтобы сдвинуть напряжение на входе усилителя в линейную область усиления. Это даст гарантию, что схема заработает при включении. Резистор R2=2 кОм увеличивает импеданс цепи, с тем чтобы вместе с конденсатором С2 увеличить фазовый сдвиг, тогда генератор заработает на нужной частоте и также сохранить прямоугольную форму импульса.
Рис. 3.5 – Диаграмма выходного напряжения
Конденсаторы С1,С2=62 пФ играют роль нагрузочной емкости резонатора из титаната бария, которая заставит пьезоэлемент работать на нужной частоте. Изменение нагрузочной емкости повлечет за собой изменение частоты осцилляции.
Повторитель
Для того, чтобы сигнал, пройдя через контролируемую среду не искажался, пропустим его через повторитель (рис 3б).
Рис. 3.6 – Схема повторителя
Сопротивление на резисторе R3 будет равное 1 кОм, в обратной связи сопротивление будет отсутствовать 0 Ом. Импульс будет иметь следующий
вид:
Рис. 3.7 – График импульсов на повторители
Усилители
Для обеспечения [3] требуемой мощности сигнала в схему вводятся усилительные устройства. Усилители являются важнейшим узлом прибора, определяющим такие характеристики, как погрешность, быстродействие, помехозащищенность, надежность и стоимость.
Усилители приборов прямого действия, производящие усиление абсолютных измеряемых значений, должны обеспечивать высокую стабильность коэффициента усиления и линейность характеристики в заданном диапазоне измеряемых величин.
В зависимости от типа обратной связи различают два типа усилителей:
· инвертирующие усилители, в них используется параллельная обратная связь по напряжению; коэффициент усиления будет рассчитываться следующим образом:
Ки = R5/R4
Схема инвертирующего усилителя, где Ки = 10 будет иметь вид
Рис. 3.8 – Схема инвертирующего усилителя
Ки = 1+R5/R4
Схема неинвертирующего усилителя с Ки =10 будет представлена следующим образом
Рис. 3.9 – Схема неинвертирующего усилителя
В нашем случае коэффициент усиления должен быть равен 50, поэтому выберем инвертирующий усилитель, тогда схема усиления примет вид:
Рис. 3.10 – Схема инвертирующего усилителя с Ки = 50
Коэффициент усиления рассчитали следующим образом:
Ки = К1 + K2 = (1+ R5/R4) + (1+R7/R6) = 50
Импульс сигнала после усиления будет выглядеть:
Рис. 3.11 – График импульсов на усилителе
Выпрямители
Детекторами называются устройства, с помощью которых из электрических сигналов выделяется информационная составляющая.
В зависимости от преобразуемого параметра, который несет информацию, их подразделяют на амплитудные, фазовые, частотные. Отдельную группу составляют синхронные детекторы, часто выполняющие функции избирательных устройств. Среди амплитудных, которые часто называют выпрямителями, амплитудными дискриминаторами или преобразователями тех или иных значений, принято различать детекторы средневыпрямленного, пикового и действующего значений.
Название детектора характеризует параметр преобразуемого сигнала, которому пропорционально выходное напряжение.
Детекторы средневыпрямленного значения выполняются по схемам обычных выпрямительных устройств с учетом того, что выходной сигнал должен быть точно пропорционален соответствующему параметру входного.
Применим двухполупериодное выпрямление выходного сигнала, для этого представим следующую схему выпрямителя (рис. З.12), в которой применен один выпрямляющий узел на ОУ DA2, который инвертирует входной сигнал.
Рис. 3.12 – Схема выпрямителя напряжения
Компараторы
Компараторами называются схемы, осуществляющие сравнение двух чисел. Т.о. если на компаратор подадут напряжение, например, U = 6В, а срабатываемое его напряжение будет равное 5В, то он пропустит сигнал 5В. Т.е. напряжение на выходе разрабатываемого прибора для измерения влажности бетонных покрытий будет 5В.
Рис. 3.13 – Схема компаратора
Схему электрическую принципиальную представим из операционных усилителей типа OP27J и со следующими техническими характеристиками:
Uи.п, В = +35;
Uсм, мВ = +0,02;
∆ І вх, нА = 80;
Ку, дБ = 92;
VUвых, В/мкс = 17;
Кос.сф, дБ = 114;
R вх, МОм = 13;
Р пот, мВт = 140;
F пр, МГц = 5.
Схема включения операционного усилителя выглядит следующим образом:
Рис. 3.14 – Схема включения операционного усилителя
ВЫВОД
В результате выполнения курсового проекта по дисциплине «Средства измерения» был разработан первичный и вторичный измерительные преобразователи влажности бетонных покрытий ультразвуковым методом измерений. Также был произведен расчет пьезоэлемента из титаната бария, зависимость скорости ультразвуковой волны от влажности исследуемого материала, спроектирована функциональная схема, на основе которой подобрали элементную базу и разработали схему электрическую принципиальную, получили выходное напряжение равное 5В, что и было основной целью курсового проекта.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кошевой Н.Д. Методы и устройства для измерения влажности бетона. – ХАИ, 2005 – 148 с.
2. Валеев В.Г. Исследование ультразвуковых систем контроля влажности керамических масс: диссертация. – Л:1969. – 200 с.
3. Бишард Е.Г. Аналоговые электро – измерительные приборы. – 2-изд.,перераб и доп. – М: Высш. шк., 1991 – 415 с.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.