Расходомер на основе электромагнитного датчика расхода
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
на полупроводниковые индикаторы.
Клавиатура включает в себя 4 переключателя для выбора аналоговых каналов; переключатель режима работы МКС; кнопку "Сброс", при нажатии на которую производится сброс МК.
Через интерфейс ИРПС происходит передача информации с микроконтроллера в центральный компьютер.
Блок питания предназначен для питания элементов схемы.
При этом диапазон измерения расхода 1,0...10 м3/с, на электродах допустимо напряжение поляризации, имеющее характер медленного дрейфа, не более 100 мВ, при эксплуатации температура медных обмоток индуктора может изменяться в диапазоне 0...150С, номинальное сопротивление "меди" обмоток проводов (при 20С) равно 30 Ом.
Расходомер должен производить 10 измерений в секунду и находить среднее значение, индицировать скорость потока (м/с), расход (м3/час), накопленный расход (м3), моторное время (текущее время с момента начала работы).Основная приведенная погрешность расходомера не должна превышать 2%.Рабочий температурный диапазон 0...60С.Дополнительная погрешность расходомера не должна превышать 0,5% при изменении температуры окружающего воздуха на 10С во всем рабочем диапазоне.
3. Разработка принципиальной схемы устройства
.1 Разработка аналоговой схемы
.1.1 Генератор синусоидальных колебаний
Генератор синусоидальных колебаний предназначен для питания электромагнитного датчика (рисунок 3.1)
Рисунок 3.1 - Схема генератора синусоидальных колебаний
Для нахождения необходимой амплитуды генератора по данным Т3 (технического задания) необходимо падение напряжения на датчике, т. Выходного напряжения генератора.
Дано: Ig и Zg.
Uг= Ig* Zg= Ig(Rм+Rп//jXl); (3.1)
Uг=10*10-3*(100+)= 10*10-3*(100+)=
*10-3*(0.0049+j49.99)=0.00049+j4.999=4.99ej89.99;
Схема генератора дана на рисунке 3.1. Он реализован с использованием последовательно - параллельной фазосдвигающей цепи[2]. Элементы R-C.
В качестве нелинейного элемента, обеспечивающий баланс амплитуд(устойчивою работу) используются диоды VD1, VD2. Транзисторы VT1, VT2 включенные как эмитторные повторители, необходимы для усиления входного тока генератора.
Частота генератора находится из след соображений [2]
(3.2)
где RC - элементы последовательно - параллельной фазосдвигающей цепи.
Резисторы R1 , R2 обеспечивают необходимый коэффициент усиления.
Если на выходе генератора задано напряжение Uг , то на инвертирующий вход подается напряжение, через делитель R2 , R1 Uг-Uд ,
где Uд падение напряжения на открытом диоде. Тогда для обеспечения баланса амплитуд необходимо, чтобы выполнялось равенство:
U+=U-; (3.3)
(3.4)
У ОУ общего применения Максимальный ток в нагрузке не более: Iоу= 5 мА. Если потребляемый ток больше Iоу, то находим коэффициент усиления по току в, для транзисторов VT1,VT2.
(3.5)
Максимальное напряжение Uкэ для этих транзисторов должно быть больше чем 2Eп. Uкэ30В. Полоса пропускания ОУ должна быть больше чем - рабочая частота возбуждения датчика.
Iм= 10мА; 125600с-1; Uг=5В;
Находим:
0.000007961; (3.6)
Задаемся R=10кОм, находим С:
(3.7)
Выбираем резисторы [6] R3 , R4 - металлодиэлектрические С2-29В:
R3 - C2-29 - 0.62Вт - 10 кОм 0.1%-A
R4 - C2-29 - 0.62Вт - 10 кОм 0.1%-A
Выбираем конденсаторы [7] C1, C2 с с полиэтилентерофталатным диэлектриком с фольговыми обкладками:
C1 - К73 - 15 - 100В - 0.806нФ 5%
C2 - К73 - 15 - 100В - 0.806нФ 5%
В качестве диодов выбираем [8] универсальный импульсный:
КД 521А: Uобр.= 75В, Iпр. max=0.05 A, Iобр.max=1 мкА, Fdmax=100000 кГц.
Находим отношение резисторовR2/R1:
(3.8)
R2=1.58 R1; (3.9)
Зададимся R1=10кОм, тогда R2=15.8кОм. Выбираем[6]:
R1- C2-29 - 0.62Вт - 10 кОм 0.1%-A;
R2- C2-29 - 0.62Вт - 15.8 кОм 0.1%-A
По справочнику [4] подбираем пару комплиментарных транзисторов, имеющих близкие параметры :
Таблица 3.1- Предельные электрические параметры оконечных транзисторов
ПараметрыКТ973А (n-p-n)КТ972А (p-n-p)|Uкэмакс|, В60?60Iкмакс, А44Ркмакс, Вт88h21Э750750Тпмакс, ? 150150
Согласно рисунку 3.1, это будут транзисторы VT1 (КТ973А) и VT2 (КТ972А).
В качестве ОУ Выбираем микросхему К544УД2 А [10]:
Номинальное напряжение питания - 15 В 10 %;
Максимальное выходное напряжение при Uп= 15 В - 10 В;
Напряжение смещения нуля при Uп= 15 В, Uвых= 0,02 В - 30 мВ;
Средний входной ток при Uп= 15 В, Uвых= 0,02 В - 0,1 нА;
Разность входных токов при Uп= 15 В, Uвых= 0,02 В - 0,1 нА;
Коэффициент усиления напряжения при Uп= 15 В, Uвых= 4 В, Rн=2 кОм - 20000;
Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений - 70 дБ;
Средний температурный дрейф напряжения смещения нуля при Uп= 15 В, Uвых= 0,02 В - 50 мкВ/ C;
Частота единичного усиления при Uп= 15 В, Uвых= 0,02 В - 15 МГц;
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения при Uп= 15 В, Uвых=-10 В, Uвх=-10 В - 20 В/мкс;
Входное сопротивление - 1 1011 Ом.
3.1.2 Источник питания индуктора
Синусоидальный сигнал с амплитудой напряжения 5 В и частотой 50 Гц выходит с генератора синусоидального напряжения.
Рис.3.1.2 Принципиальная схема преобразователя
В данной схеме используем резисторы:
R5- МЛТ-0,125-1кОм5%
R6- МЛТ-0,125-1кОм5%
R7- МЛТ -0,25- 100 кОм5%.
R8- МЛТ-0,125-56 Ом5%.
Выбираем по справочнику [4] операционный усилитель К140УД17Б.
По справочнику [4] подбираем пару комплементарных транзисторов, имеющих близкие параметры :
Таблица 3.2 Предельные электрические параметры оконечных транзисторов
Параме?/p>