Проектирование системы сбора данных (стр. 3 из 5)
Нормирующий усилитель
R1,R2 – 40 КОм,
R3 – 20 КОм.
VD1, VD2 – схема защиты
Рисунок 4
4.5.1 Расчет погрешностей нормирующего усилителя
Суммарная погрешность нормирующего усилителя складывается из погрешности напряжения смещения (DUсм), погрешности тока сдвига (DIсдв), погрешности обратного тока диодов (В схеме защиты используются диоды марки 1N914A с обратным током утечки IД ОБР.=25 нА. Рассмотрим худший случай, когда IД ОБР.== 2*IД ОБР.) (DIд обр.), погрешности КООС (DКООС), погрешности разброса параметров сопротивлений от номинального значения (DR1 R2 MAX).
Оценка погрешности от напряжения смещения (DUсм)
DUсм= Uсм*Ку
где Ку – коэффициент усиления (в нашем случае Ку=1)
DUсм=25 мкВ
DUсм%=
DUсм%=0.001 %
Оценка погрешности от обратного тока диодов (DIд обр )
U+д= IД ОБР.*R2
U+д=0.002
DIд обр= U+д*Ку
DIд обр=2 мВ
DIд обр%=
DIд обр%=0.0016
Оценка погрешности от КООС (DКООС)
,где Кд – коэффициент усиления дифференциального сигнала (Кд=1);
КС – коэффициент усиления синфазного сигнала
КС=1/501190
КС=1.96*10-6
DКООС=UВХ СИН MAX*KC,
где UВХ СИН MAX – синфазное максимальное входное напряжение (UВХ СИН MAX=2.5 В).
DКООС=2.5*1.996*10-6
DКООС=7.7 мкВ
DКООС%=
DКООС%=0.0003
Оценка погрешности от тока сдвига (DIсдв)
U+=IСДВ*R2
где U+ - см. рис.4
U+= 0.7 мкВ
DIсдв= U+*Ку
DIсдв=0.7 мкВ
DIсдв%=
DIсдв%=0.00004%
Оценка погрешности вносимой разбросам сопротивлений R1 и R2 от их номинального значения.
Для того чтобы уменьшить погрешность выбираем сопротивления с отклонениями от номинального значения ± 0.05%
R1MIN= 39,996 Ом
R2MAX=40,004 Ом
Ток протекаемый через R1 и R2 будет
И тогда общая погрешность нормирующего усилителя будет равна
DНУ=((DR1R1max+DIсдв+DКООС+DIд обр+DUсм)/Ку)*100
| DНУ=0.0277778 % | (1) |
4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки
В качестве элементов гальванической развязки используется цифровая микросхема 249ЛП5 - оптоэлектронный переключатель на основе диодных оптопар выполненных в металлостеклянном корпусе. основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5 приведены в табл. 5.
Таблица 5
Основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5
| Электрические параметры | |
| Входное напряжение при IВХ=15 мА | не более 1.7 В |
| Выходное напряжение в состоянии логического нуля | 0.4 В |
| Выходное напряжение в состоянии логической единицы | 2.4 |
| Предельные эксплутационные данные | |
| Входной постоянный ток | 12 мА |
| Входной импульсный ток | 15 мА |
| Напряжение питания | 5(±0.5) В |
| Диапазон рабочих температур | -60…+85 °С |
Принципиальная схема подключения элемента гальванической развязки в соответствии с ТЗ приведена на рис. 5
Схема включения элемента гальванической развязки
 |
VT1- КТ3102Г(h21Э=100),
R2, VT1 –схема усиления входного тока,
Рисунок 5
Выходной ток ДКД усиливается с помощью транзистора VT1 т.к. максимальный выходной ток датчика контроля за давлением меньше, чем входной ток элемента гальвано развязки.
Значения сопротивления R1 можно рассчитать по следующей формуле
при IД=5 мА, а значение сопротивления R2 будет равно
где UБЭ VT1 – напряжение насыщения на переходе база - эмиттер транзистора VT1;UВХ_МIN – минимальное входное напряжение (2.4 В - уровень ТТЛШ);
IБ – ток протекающий через базу VT1
где IК – ток протекающий через коллектор VT1 (IК= IД)
5. АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА
Уравнение аппроксимированного участка статической характеристики нелинейного датчика выглядит следующим образом:
| U (p) = a*p + b, | (2) |
где a и b – коэффициенты, представленные в форме чисел с фиксированной точкой.
С АЦП приходит 12-ти разрядный код в диапазоне 0..4095,что соответствует диапазону входных напряжений 0 ...+2.5 В.
Разрешающую способность по напряжению можно рассчитать как:
| U = код*МЗР(Младший Значащий Разряд) | (3) |
где МЗР =
где UВХ MAX – максимальное входное напряжение подаваемое на вход АЦП;
UВХ MIN – минимальное входное напряжение подаваемое на вход
Выразив p из (2) и приняв во внимание (3), формула нахождения давления от напряжения примет следующий вид:
 | (3) |
Для уменьшения погрешности аппроксимации статическая характеристика нелинейного датчика давления делится на 4 равных отрезка и находятся коэффициенты a и b (см. табл.6) для уравнения вида p(код)=a*код+b описывающего каждый из этих отрезков.
Таблица 6
Таблица переведенных коэффициентов
| № участка | a10 | b10 | a16 | b16 |
| 1 | 0.001203 | 0.010377 | 0.004edf | 0.02a8 |
| 2 | 0.001206 | 0.007413 | 0.004f03 | 0.01e5 |
| 3 | 0.001219 | -0.02094 | 0.004fe5 | 0.055c |
| 4 | 0.001245 | -0.101148 | 0.005197 | 0.19e4 |
Аппроксимация статической характеристики нелинейного датчика давления была произведена с помощью программы MATHCAD 8.0 (см п.5)