Функциональная схема pH - метра. Функциональная схема pH - метра. Расчет элементов функциональной схемы, страница 2

4. Расчет  элементов функциональной схемы.

4.1.  Входной усилитель канала температуры

Рис.1.    Схема входного усилителя

Напряжение на входе усилителя изменяется в пределах от  0 до 1В . Изменение температуры в диапазоне от 0 до 100°С с шагом 10мВ дает входное напряжение. Нам необходимо умножить на коэффициент 0.001984. Для этого подберем необходимые сопротивления. Коэффициент усиления К=R2/R1, исходя из это выбираем соответствующие резисторы из ряда Е24. Наиболее близки значения сопротивлений R41=100кОм, R42=200 Ом

К=200/100000=0.002

Поскольку усилитель является инвертирующим, то на выходе будет отрицательное выходное напряжение.

Выберем операционный усилитель К553УД1.

4.2. Сумматор напряжения.

Рис.2. Сумматор напряжений

Сумматор – к напряжению, полученному после усиления в 0.002 раза, необходимо прибавить 0.542 В. Для  этих целей мы воспользуемся операционным усилителем К553УД1. Расчет сопротивлений:

Найдем значения сопротивлений R54 и R55 для резистивного делителя напряжения. Возьмем ток 10мА. Тогда номиналы резисторов будут равны:

R54=1.5кОм

R55=56 Ом

Поскольку нам не нужен  коэффициент усиления то номиналы резисторов R51,R52,R53 возьмем одинаковыми и равными 10кОм. Выберем операционный усилитель К553УД1.

4.3. Входной высоко омный усилитель.

Рис.3. схема входного высоко омного усилителя.

Напряжение на входе изменяется в пределах  ± 2В. Увеличим его в 2 раза для уменьшения погрешности. Рассчитаем значения номиналов резисторов:

R12=200МОм

R11=100МОм

Выберем операционный усилитель К553УД1.

4.4. Сумматор.

Рис.4.  Схема сумматора

для информационного сигнала.

Суммирование будем производить с величенной 200мВ. Выберем сопротивления для резистивного делителя.

R24=1.5кОм

R25=20 Ом

Поскольку нам не нужен коэффициент усиления, то примем резисторы R21,R22,R23 одинаковыми  и равными 10кОм.

Выберем операционный усилитель К553УД1.

4.5. Схема выходного усилителя.

Рис.5. Выходной усилитель.

Для восстановления нормального значения измеряемой величены  необходимо Uвх1 усилить в 50 раз, а на Uвх2 подать 10В. Рассчитаем номиналы резисторов для резистивного делителя  напряжения.

R64=500 Ом

R65=1кОм

Резисторы R61,R62,R63 рассчитаем в соответствии с величеной усиления в 50 раз. Возьмем R63=10кОм, тогда R62=200 Ом, R61=10кОм.

Выберем операционный усилитель К553УД1.

5. Расчет стабилизатора .

Расчет мощности , потребляемой схемой .

В схеме имеется :

-5 операционных усилителей ,

- 1 делитель .

I_оу     <= 4,5 мА ,

I_дел  <= 1 мА ,

I_сум = 5*4.5+1 = 23 (мА) ,

Рассчитаем стабилизатор на микросхеме К142ЕН2Б :

Параметры микросхемы :

U_вых = 12..30 В  ,  U_вх = 20..40 В

I_{н макс} = 150 мА  ,  P_рас = 0,8 Вт  ,  K_{нс U} = 0,1 %

Рис.    Схема стабилизатора на ИМС  К142ЕН2Б

Стабилизатор с защитой от короткого замыкания на выходе с ограничением тока короткого замыкания .

Рис.

 График зависимости Uн от Iн .

I_кз = 2,2*I_{н ном}

I_{н ном} = 50 мА

I_кз = 2,2*50 = 110 мА

Принимаем I_кз = 100 мА

R₄₀ = U_бэ/I_кз = 0,7/0,1 = 7 Ом

Принимаем R₄₀ = 6,8 Ом , R₃₈ = 1 кОм

I_{кз 0} = (U_бэ*R₄₀*R₃₈)/ R₃₉

R₃₉ = ( U_н + U_бэ )/I_дел1 ; где I_дел1 принимаем 1 мА

R₃₉ = ( 15 + 0,7 )/ 1*0,001 = 62,8 кОм

Принимаем R₃₉ = 63 кОм

I_{кз 0} = 0,7*6,8*1000/63000 = 0,076 А = 76 мА

Для повышения устойчивости и уменьшения коэффициента пульсаций принимаем С₁₁ = 100 мкФ * 25 В , С₁₀ = 0,1 мкФ .

Выбираем R₄₂ = 2,5 кОм , I_дел2 = 2 мА .

R₄₂ + R₄₁ = 15 В/ 2 мА = 7,5 кОм

R₄₁ = 7,5 – 2,5 = 5 кОм

Выбираем R₄₁ = 5,1 кОм подстроечный .

Расчет выпрямителя , трансформатора и фильтра для стаби-лизатора .

Выбираем U_вх стабилизатора = 25 В

I_вх = I_{н макс} * U_н/ U_вх = 50 мА = 0,05 А

Рассчитаем емкость фильтров С₇ , С₉ , при этом задаемся коэффициентом пульсации К_п = 5% .

С_ф = 0,7/( 4*f* К_п*R_н ) , где :

f  = 100 ( для двуполупериодного выпрямителя ) ;

R_н = U_вх / I_вх = 500 Ом .

С_ф = 0,7/ (4*100*0,05*500) = 70 мкФ

Выбираем С₇ = С₉ = 200 мкФ

Выбор диодов VD1 - VD8 :

I _{д имп} = 3,35* I_вх = 0,167 мА

I _{д эфф} = 1,82* I_вх = 0,091 мА

I _{д ср} > 0,5* I_вх = 0,025 мА

U_обр > U_{вх макс} = ( 25*(1+0,05) +2*1) = 56,5 В

Выбираем диоды К226А со следующими параметрами :

U_обр = 100 В , I _{д пр} = 1,7 А ,  U_пр = 1,4 В

Действующее значение напряжения на полуобмотке :

U2 = U_{вх макс}/1,414 = 20 В

Выбираем стандартный трансформатор ТПП226 со следу-ющими параметрами :

две вторичные обмотки на 20 В , ( выходы 11-12 , 13-14 и       15-16,17-18 )

одна вторичная обмотка на 10 В , ( выходы 19-20 , 21-22 )

допустимый ток вторичной обмотки 63 мА .

6. Заключение.

В данной курсовой работе рассмотрена часть pH - метра.

Параметры разработанного pH - метра: номинальное входное напряжение – ±2 В ;

изменение  температуры – 0..100°С

Rвх(Ех)=100МОм;

Еu= -100мВ;

pHu=10 (В);

Dt=0..100°С;

Расчетная формула :

pH=pHu+(Ex-Eu)/St, где

St=54.196+0.1984*t

8. Cписок литературы :

1.  Кирасиров А.Ф., Карпов В.А. “Измерительные цепи pH метров”, Гомель, ИЛП “СОЖ”, 1997 г.

2.  Горошков Б. И. “ Радиоэлектронные устройства ”

М. , “ Радио и связь ” , 1984 г.

3.  Булычев А.А. и др. “ Аноалоговые интегральные микорсхемы . Справочник ” , Мн. , “ Беларусь ”

4.  “ Резисторы , конденсаторы , трансформаторы , дроссели , коммутационные устройства РЭА ” , Мн. , “ Беларусь ”