В схеме модели (рис.16) коэффициенты усиления выбраны близкими к тем их значениям, которые были получены расчётом в разделе 2. Усиление разности потенциалов между входами операционных усилителей является обычным режимом работы при так называемых дифференциальных сигналах. В то же время из-за симметрии входных цепей на выходе операционного усилителя не должно появляться никакого сигнала, если на оба его входа подаются одинаковые сигналы. Но это справедливо только для идеального усилителя. Реальные же схемы могут давать ненулевой выходной сигнал при наличии синфазного сигнала на входах, что особенно нежелательно во входных каскадах многокаскадных усилителей. В [2] доказывается, что наиболее эффективным путём достижения коэффициента ослабления синфазного сигнала (КОСС) является выполнение первого каскада на базе инвертирующего усилителя либо применение усилителя с дифференциальными входами. Именно поэтому первый каскад предварительного усиления выполнен на основе инвертирующего усилителя.
 |
Рис. 17
Протокол моделирования на рис.18 показывает получение сигнала на входе АЦП при температуре объекта 1600 °С.
 |
Рис. 18
было предметом рассмотрения в предыдущих разделах данного пособия, необходимо обратить внимание на уровни сигналов в следующих точках, обязательно при этом помня об их смысловой принадлежности:
v(5,4) – показания термопары,
v(8) – выходное напряжение датчика температуры,
v(16) – выходной сигнал ЦАП в составе УИН,
v(24) – уровень входного сигнала АЦП,
v(26) – входной сигнал УС,
v(27) – напряжение ИОН.
При наличии введенной принципиальной схемы для моделирования легко оценить влияние температуры холодного спая термопары в составе общего устройства. Об этом есть смысл говорить потому, что в первом разделе достижение термокомпенсированности датчика обеспечивалось без учёта влияния нагрузки на характеристики моста. Для этого было взято сопротивление нагрузки, равное 10 ГОм. Когда этот датчик в схеме был нагружен более реальной нагрузкой, её влияние отразилось на распределении сопротивлений и потенциалов моста, что вывело датчик из состояния термокомпенсации, поэтому входное сопротивление первого каскада усиления было повышено. Это говорит лишь о том, что условия согласования датчика с нагрузкой могут стать дополнительным условием, которое нужно учитывать при выборе варианта термокомпенсации датчика. Подтверждением того, что датчик в схеме модели обеспечивает приемлемую точность термокомпенсации, являются диаграммы на рис.19, которые соответствуют t = 1400 °С и to = 100 °С.
Рис. 19
Рассматривая аналоговую часть тракта преобразования сигнала не столь важно определять место включения коммутатора, который на рис.16 изображён на самом выходе схемы, хотя в соответствии с его назначением и рис. 9 место его включения – разрыв цепи в точке (26).
С точки зрения реализации его можно выполнить на базе восьмиразрядных переключателей напряжения – мультиплексоров (рис. 20).
Рис. 20
Кроме шестнадцати информационных сигналов от всех датчиков температуры на входы коммутатора с микроконтроллера поступают ещё четырёхразрядные адреса, управляющие подключением на общий выходной тракт любого из 16 входных каналов. Старший бит адреса D3 в соответствии с диапазоном адресов может принимать два значения: 0 – при адресах от 0 до 7 и 1 - при адресах от 8 до 15 (рис. 21). Поэтому сигнал D3 подаётся на разрешающий вход Е одного переключателя непосредственно, а на одноимённый вход другого переключателя – через инвертор. Этим самым он определяет ту или иную половину коммутатора, а окончательная дешифрация нужного канала в каждой из них выполняется оставшимися младшими разрядами адреса.
Рис. 21
Выполненное изложение материала предпринято в такой форме, которая позволила бы проверить основные положения в рамках выполнения лабораторных работ. На основе применения пакета MicroCap темами экспериментов могут стать вопросы термокомпенсации датчиков температуры, использования одного из известных методов сжатия данных, основанного на замене абсолютных значений величин их отклонениями от некоторых, заранее установленных значений (реализация УИН). Расчёт количественных характеристик узлов схемы по заданной точности раскрывает характер связи между точностью, разрядностью и соответствием уровней сигналов динамическому диапазону преобразования.
Назначение микроконтроллера обозначено лишь перечислением выполняемых им функций, поскольку более подробное рассмотрение микроконтроллера в задачи написания данного пособия не входило.
Тема 2. Шифраторы приращений
и абсолютные шифраторы
2.1. Назначение, принципы построения
Современная техника использует очень большое разнообразие датчиков-измерителей линейных или угловых перемещений [3]. По своему функциональному назначению (а следовательно, и по характеристикам) вся совокупность этих устройств может быть поделена на две группы. Измерители линейных перемещений первой из них применимы для измерения малых приращений – от долей до единиц миллиметра. Потребность в них достаточно высока: это датчики положения, это средства для подсчёта деталей на конвейерах, это элементы устройств активного контроля на базе дифференциальных электромагнитных датчиков в автоматизированных шлифовальных станках, это устройства определения скорости и направления вращения и ещё многое другое.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.