Расходомер на основе электромагнитного датчика расхода
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
?рыКТ973А (n-p-n)КТ972А (p-n-p)|Uкэмакс|, В60?60Iкмакс, А44Ркмакс, Вт88h21Э750750Тпмакс, ? 150150
Согласно рис.3.1.6, это будут транзисторы VT1 (КТ973А) и VT2 (КТ972А).
3.1.3 Электромагнитный датчик
Схема электромагнитного датчика приведена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Схема электромагнитного датчика
На схеме даны следующие обозначение:
Rм=30 Ом - сопротивление меди;
Rп=300 кОм - сопротивление потерь;
L=ТRм=210 мГн - индуктивность обмотки возбуждения;
ХL =2рfL - сопротивление обмотки возбуждения;
ХL =23.1450210=66 Ом;
Eп - питающее синусоидальное напряжение частотой 50 Гц;
Uвых - выходное напряжение датчика;
Ксв - коэффициент связи ;
I - входной ток обмотки возбуждения;
IL - ток индуктивности создающий магнитный поток в датчике;
Выходное напряжение электромагнитного датчика описывается следующим образом:
(3.14)
где
Е- напряжение, снимаемое с электродов;
В- индукция магнитного поля в жидкости;
v- скорость потока в сечении, проходящую через ось электродов;
d- диаметр проходного отверстия (расстояние между электродами).
Рассчитаем максимальную и минимальную скорость потока, исходя из расхода:
(3.15)
(3.16)
(3.17)
Рассчитаем максимальное и минимальное выходное напряжение электромагнитного датчика:
(3.18)
(3.19)
По эквивалентной схеме требуется рассчитать диапазон изменения выходных напряжений датчика ЩВЫХ=jKсв IL
Для нахождения тока I и IL воспользуемся схемой, приведённой на рисунке 3.3, тогда входной ток I будет равен:
I=?; (3.20)
Фазовый сдвиг тока I относительно питающего напряжения ? будет иметь вид:
цI=arctg- arctg; (3.21)
Ток через индуктивность IL будет равен:
IL=I•Rп//jXL•=;
IL=;
а фазовый сдвиг тока IL относительно напряжения имеет вид:
цIL= - arctg; (3.22)
Тогда согласно функциональной схеме, фазовый сдвиг между током I и IL будет равен:
б= цI- цIL= ; (3.23)
I=?,
где Е=10мВ (См. п.п 3.1.3)
мA
Диапазон выходных напряжений Uвых равен:
Щвых= IL jKсв; (3.24)
Фазовый сдвиг, необходим для получения управляющих напряжений, синфазных с выходным равен:
цФСУ=90+б= 90+0,014=90,014; (3.25)
.1.4 Разработка усилителя
Усилитель переменного напряжения необходим для нормальной работы фазочувствительного выпрямителя. Схема усилителя приведена на рисунке 3.4 .
Рисунок 3.4 - Усилитель переменного напряжения
Для расчёта коэффициента усиления усилителя необходимо найти диапазон изменения выходного напряжения датчика.
Uвых=КсвIL (3.26)
Зададимся значением коэффициента связи 00.3 В/А, найдём ток IL
(3.27)
E=0.010.02510=2.5 mB
Il=0.034e-j65.6мA
Uвых=0,30,089=0,0103мВ. (3.28)
Задаёмся коэффициентом усиления усилителя K=2000. Выбираем усилитель АD620А [10].
Диапазон питания …………………………………..…. 2,3 В до 18 В;
Внутренняя мощность рассеивания ……………………….….. 650 мВт;
Дифференциальное входное напряжение ………………………..25 В;
Температурный диапазон (Q)………………………….-65C to +150C;
Температурный диапазон (N, R)……………………….-65C to +125C;
Рабочий ток ……………………………………………..…………1,3 мА ;
Максимальное напряжение смещения…….……………….…….. 50 мкВ;
Максимальный дрейф на входе…………………………… 0,6 мкВ / C;
Максимальный входной ток смещения…………………………. 1,0 нА;
Низкий уровень шума
Коэффициент усиления данного усилителя задаётся выражением:
Кус= +1 (3.29)
ОткудаKyc=49.4k/2000= 24,7 Ом
Из [6] выбираем резистор:
Ru=C2-29B-0.062B-24.7Om0.1% - A
Резисторы Rc необходимы для обеспечения путей прохождения входного тока ОУ, которые не более 2 нА. Два резистора необходимы для симметрирования входа ОУ. Полоса пропускания усилителя по уровню 3 дБ равна 12 кГц. Резистор Rс выбираем [6] равным 10 кОм.
Rс - C2-33 - 0.125Вт - 10 кОм 5%-Г.
3.1.5 Разработка преобразователя ток-напряжение
Схема преобразователя ток - напряжение приведена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.5 -Преобразователь ток-напряжение.
Выходное напряжение этой схемы будет равно Uвых=iвхR5 . Транзисторы VT1, VT2 необходимы для усиления выхода ОУ по току. Выходной ток схемы -это ток через датчик. Зададимся выходным напряжением равным Uвых , тогда резистор Rос будет:
(3.30)
вых=010 В ,причём 10 В соответствует скорости 10 м/c.
Мощность выделяемая на резисторе будет равна.
Р=I2R5=(40=2.5Вт (3.31)
Выбираем [6] металлодиэлектрический резистор общего применения
R5 - C2-29 - 2.5Вт - 40.2Ом 0.5% - Г.
В качестве микросхемы ОУ выбираем К544УД 2А[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/ °