Микроконтроллерный регулятор оптимальной системы управления (стр. 2 из 6)
Изменение начального значения выходного сигнала на каждые 100С, вызванное изменением температуры окружающей среды по абсолютной величине, должно быть не более 2мВ.
Величина сопротивления моста при температуре 80±30С должна быть не более 5,3кОм.
Средний срок службы 12 лет.
Устройство и работа тензопреобразователя.
Тензопреобразователь представляет собой цилиндрический корпус с присоединенным штуцером (преобразователь давления) или рычагом (преобразователь силы) на одном торце и контактным разъемом на противоположном торце. Чувствительным элементом является сапфировая мембрана с кремниевыми тензорезисторами. Сапфировая мембрана по всей плоскости жестко соединена с металлической (титановой) мембраной, образуя с ней двухслойную мембрану, жестко закрепленную в корпусе. Двухслойная мембрана соединяется с мембраной, воспринимающей измеряемое давление, или с рычагом, воспринимающим измеряемую силу. Под действием давления или силы двухслойная мембрана деформируется , вызывая изменение сопротивления тензорезисторов, собранных в мостовую схему. В одну диагональ моста включен источник питания, а с другой диагонали снимается выходной электрический сигнал, пропорциональный механической деформации мембраны от приложенного давления или силы. В целях пассивной термокоррекции выходного сигнала используется внешнее сопротивление, включаемое параллельно одному из тензорезисторов моста.
Рис.5. Схема подключения тензопреобразователя.
4.2. Инструментальный усилитель.
В разрабатываемой микроконтроллерной системе входной блок состоит из измерительного моста и инструментального усилителя. Заметную роль в данной схеме играет входной, масштабный усилитель, в основном от того с какой точностью будет усиливаться входной сигнал, зависит погрешность преобразования АЦП.
Согласно техническому заданию, входная величина
измеряется сенсорным элементом (измерительный мост), а величина 
- с помощью датчика с токовым выходом. Так как датчик имеет большую синфазную помеху, в качестве масштабного усилителя используется инструментальный, который согласовывает 
с опорным источником напряжения. Схемы измерительного моста и инструментального усилителя имеют вид: 
Рис.6 . Измерительный мост и инструментальный усилитель.
Таким образом при согласовании ОУ1 и ОУ2 результирующая погрешность будет определяться параметрами ОУ3.
Измерительный мост преобразует значения входной величины
в эквивалентное ей значение напряжения (с коэффициентом пропорциональности 
), в соответствии с законом изменения значений реостата 
. Параметры ОУ выбираются из условия минимизации дрейфа нуля.Напряжение на выходе усилителя определяется соотношением:
, где 
- коэффициент усиления схемы.Примем
В.Выбираем значения
кОм, 
кОм.Таким образом, чтобы получить единичный коэффициент усиления ИУ нужно выбрать
, тогда 
В. 
Рис.7. Схема канала №1.
Рис.8. АЧХ и ФЧХ канала №1.
В качестве прецизионного инструментального усилителя можно использовать МАХ 4195:
СИНТЕЗ КАНАЛА №2.
5.1. Датчик давления «АРКТУР-01» с токовым выходом.
Назначение.
Датчик давления Арктур-01 (в дальнейшем – датчик) предназначен для непрерывного преобразования избыточного давления жидкостей и газов, в унифицированный токовый выходной сигнал.
Датчик может применяться при контроле, регулировании и управлении технологическими процессами, а также при учете, в том числе коммерческом, жидкости и газа.
Арктур-01–цифровой датчик избыточного давления, имеющий климатическое исполнение УХЛ1 по ГОСТ 15150, предназначенные для работы при температуре окружающей среды от минус 40°С до +80°С, преобразующий измеряемое давление в унифицированный токовый выходной сигнал 0-5 мА (по 4-х-проводной линии связи) или 4-20 мА (по 2-х-проводной линии связи).
Датчик имеет невзрывозащищенное исполнение.
По эксплуатационной законченности датчики являются изделиями ГСП третьего порядка по ГОСТ 12299.
Характеристики, параметры, размеры.
Верхние пределы измерений избыточного давления датчиков — 0,06*; 0,1; 0,16; 0,25; 0,40; 0,60; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10; 16; 25; 40; 60;100 МПа.
Конструкция датчиков обеспечивает возможность подстройки нуля и верхнего предела изменения выходного сигнала при выпуске из производства и в процессе эксплуатации.
Конструкция датчиков исключает несанкционированный доступ к электронному блоку.
Конструкция датчиков обеспечивает возможность измерения давления сред, по отношению к которым материалы, контактирующие с измеряемой средой, являются коррозионностойкими.
Пределы основной допускаемой погрешности, выраженной в процентах от верхнего предела измерений, g равны ± 0,1; ± 0,15; ± 0,2; ± 0,25; ± 0,5%
Вариация выходного сигнала не превышает допускаемой основной погрешности
.Номинальная статическая характеристика преобразования датчиков линейно-возрастающая и имеет вид:
Y-YН = K*Х в интервале Yн≤Y≤Yв,
где Y – текущее значение выходного сигнала датчика, мA;
Yн,Yв – нижний и верхний пределы изменения выходного сигнала, соответственно, мA;
К – коэффициент пропорциональности, указанный в таблице 1.1, мA/МПa;
Х – значение измеряемой величины, МПa;
Таблица 1.1
| Верхний предел диапазона измерения давления, МПа | Коэффициент пропорциональности К, мА/МПа, для диапазонов изменения выходного сигнала | |
| от 4 до 20 мА | от 0 до 5 мА | |
| 0,06 0,10 0,16 0,25 0,40 0,60 1,0 1,6 2,5 4,0 6,0 10 16 25 40 60 100 | 266,667 160,000 100,000 64,000 40,000 26,666 16,000 10,000 6,400 4,000 2,667 1,600 1,000 0,640 0,400 0,267 0,160 | 83,3333 50,0000 31,2500 20,0000 12,5000 8,3333 5,0000 3,1250 2,0000 1,2500 0,8333 0,5000 0,3125 0,2000 0,1250 0,0833 0,050 |
Допускаемое отклонение характеристики преобразования
м датчиков от номинальной статической характеристики не превышает 0.8 
Диапазоны изменения выходных сигналов, тип линии связи и максимальное сопротивление нагрузки соответствуют указанным в таблице1.2.
Таблица 1.2
| Диапазон изменения выходного сигнала, мА | Тип линии связи | Сопротивление нагрузки Rн, не более кОм |
| 4 – 20 | Двухпроводная | 0,5 |
| 0 – 5 | Четырехпроводная | 2,5 |
Значение выходного сигнала, соответствующее нулевому значению давления, равно 0 или 4 мА – для датчиков с диапазоном изменения выходного сигнала 0-5 мА и 4-20 мА, соответственно.
Электрическое питание датчиков должно осуществляться от источника питания постоянного тока напряжением (З6 + 0,72) В. При работе датчика в режиме 4-20 мА с нагрузкой Rн мах допускается уменьшение напряжения на датчике до 15 В за счет падения напряжения на нагрузке.
Пределы допускаемой дополнительной погрешностиgt, вызванной изменением температуры окружающего воздуха на каждые 10°С, не более указанной в табл.1.3.
Пределы допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением напряжения питания со скоростью не более ± 0.5 В/С не превышают значений, указанных в табл. 1.3.
Пределы допускаемой дополнительной погрешности датчиков, вызванной воздействием внешнего переменного магнитного поля частотой 50 Гц и напряженностью 400 А/м или внешнего постоянного магнитного поля напряженностью 400 А/м, при самых неблагоприятных фазе и направлении поля указаны в табл. 1.3.