3 Разработка структурной схемы установки измерения квадратурного напряжения
Как было установлено, разрабатываемая установка должна удовлетворять следующим требованиям:
- обладать высокой чувствительностью при измерении напряжения переменного тока частотой 400 Гц (до 1 мВ);
- иметь несколько измерительных каналов для реализации различных режимов измерений при определении квадратурного напряжения;
- иметь устройство автоматического вращения однооборотных и многооборотных потенциометров в процессе измерения;
- иметь возможность подключения однооборотных и многооборотных потенциометров;
- так как производятся измерения потенциометров с различными номинальными значениями сопротивлений в схеме необходимо использовать усилитель напряжений с программно-управляемым коэффициентом усиления.
С учетов вышеперечисленных требований в ходе дипломного проектирования была разработана структурная схема установки, приведенная на рисунке 9.
Рисунок 9 – Структурная схема
Для формирования воздействующего напряжения переменного тока частотой 400 Гц на измеряемый потенциометр (ИП) в установке предусмотрен генератор синусоидального сигнала (Г). Установка содержит три канала измерения, соответствующих трем режимам измерений при определении квадратурного напряжения потенциометра.
Первый канал - для измерения выходного напряжения генератора в режиме «Настройка».
Второй канал – для измерения выходного напряжения опорного делителя напряжения (ОДН) с коэффициентом 0,5 при воздействии напряжения переменного тока с генератора в режиме «Измерение напряжения разбаланса».
Третий канал – для измерения разности между напряжением с потенциометра и опорного делителя в режиме «Измерение напряжения некомпенсации».
Для коммутации сигналов с генератора используется коммутатор напряжений (К1). Коммутация сигналов с ОДН, генератора и измеряемого потенциометра осуществляется коммутатором напряжений (К2).
Скоммутированный сигнал в виде напряжения усиливается программируемым усилителем напряжения (ПУН), преобразуется в постоянный преобразователем действующего напряжения (ПДН) и преобразуется в код с помощью АЦП. Обработка сигнала с АЦП и управление коммутаторами, программируемым усилителем и исполнительным механизмом осуществляется по заданной программе микропроцессором (МП). Пульт управления (ПУ) служит для управления работой установки. На отсчетном устройстве (ОУ) отображаются результаты измерений и команды диалогового режима установки.
Вращение потенциометра в режиме измерения осуществляется шаговым электродвигателем (ЭД) с помощью исполнительного механизма (ИМ).
4 Разработка электрической функциональной схемы установки
На основе структурной схемы была разработана функциональная схема установки для измерения квадратурного напряжения прецизионных однооборотных и многооборотных потенциометров (рисунок 10).
Рисунок 10 Электрическая функциональная схема установки
Работа схемы заключается в следующем.
Так как потенциометры предназначены для работы на напряжении переменного тока, для формирования входного воздействия в схеме предусмотрен генератор синусоидального сигнала. Генератор должен обеспечивать выходное напряжение амплитудой 10 В частотой 400 Гц. В схеме предусмотрено три канала измерений. Первый канал – для измерения выходного напряжения генератора в режиме «Настройка». Второй канал – для измерения выходного напряжения опорного делителя напряжения (ОДН) с коэффициентом 0,5 при воздействии напряжения переменного тока с генератора в режиме «Измерение напряжения разбаланса». Третий канал – для измерения разности между напряжением с потенциометра и опорного делителя в режиме «Измерение напряжения некомпенсации». Для переключения каналов используется коммутатор (SW1).
В режиме «Настройка» выходное напряжение генератора через коммутатор (SW3) поступает на программируемый усилитель напряжения, где преобразуется до уровня входного сигнала АЦП. Напряжение с выхода усилителя поступает на преобразователь переменного напряжения в постоянное.
В режиме «Измерение напряжения разбаланса» напряжение с генератора поступает на ОДН, коэффициент деления которого формируется набором резисторов R2…R11 и коммутатором SW2. Далее преобразованное напряжение поступает на программируемый усилитель напряжения через коммутатор SW3 и преобразователь переменного напряжения в постоянное.
В режиме «Измерение напряжения некомпенсации» выходное напряжение генератора подается на измеряемый потенциометр и ОДН. В зависимости от положения движка потенциометра изменяется напряжение на нем, которое затем усиливается программируемым усилителем напряжения и преобразуется в постоянное напряжение преобразователем переменного напряжения в постоянное (ПДЗН), пропорциональное действующему значению. Аналогично подается напряжение и на ОДН, причем коэффициент усиления программируемого усилителя устанавливается с помощью микропроцессора в соответствии с установленным положением движка потенциометра.
Выходное напряжение ПДЗН преобразуется в код с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и передается в микропроцессор. Микропроцессор (МП) по заданной программе, согласно установленному коэффициенту деления ОДН и измеренным значениям напряжений с ОДН и потенциометра с помощью исполнительного механизма приводит в движение электродвигатель. Передвигая электродвигателем движок потенциометра с определенной дискретностью МП определяет минимальную разность между напряжением с потенциометра и опорным делителем. Процедура повторяется для каждого из 10 коэффициентов деления ОДН. МП осуществляет обработку получаемых данных и выводит на цифровое табло индикатора удвоенное максимальное значение разности между напряжением с потенциометра и опорным делителем, которое принимается за квадратурное напряжение. Для управления режимами измерений, исполнительным механизмом в схеме предусмотрен пульт управления.