Глава 10. Принципиальные схемы датчиков
10.1. Датчики температуры
На рис.10.1а приведена схема цифрового датчика температуры- генератора импульсов на операционном усилителе, позволяющая получать выходной сигнал, частота которого F линейно зависит от температуры термочувствительного элемента Rt. Термочувствительный элемент Rt выполнен в виде термосопротивления.
Рисунок 10.1 – Принципиальная схема включения терморезистора (а)
и транзистора в качестве датчика температуры (б)
На рис.10.1б приведен пример аналогового термодатчика на р-n переходах- транзисторах T1 и T2, которые являются идентичными, но с той лишь разницей, что за счёт выбора разных номиналов резисторов R1 и R2 их рабочие токи являются разными. Резисторы R1 и R2, транзисторы Т1 и Т2 включены в мостовую схему, питание которой осуществляется стабилизированным напряжением Uст. Прямые токи через p-n переходы первого и второго транзисторов являются величинами постоянными, при этом резисторы R1 и R2, включенные последовательно с p-n переходами, должны быть высокоомными и температурно независимыми. Сигналы U1 и U2 с транзисторов подаются на дифференциальный усилитель, на выходе которого сигнал U(T) зависит от температуры термодатчиков.
10.2. Датчики перемещений
Датчики перемещений преобразуют линейные или угловые перемещения в сигнал, удобный для использования в схемах контроля и управления. Ёмкостный преобразователь перемещений изображен на рис.10.2.
Перемещение Х измеряется с помощью емкостей C1 и C2, имеющими общий подвижной элемент ПЭ, механически связанный с перемещаемой деталью. Измерительные ёмкости представляют собой плоскопараллельные конденсаторы с изменяющимся зазором.
На
триггере Тр
собран
генератор противофазных импульсов q
и
,
которые подаются на ключи Кл1…Кл5.
Измерительные ёмкости С1 и С2 включены последовательно и посредством ключевой схемы Кл1 ... Кл4 эта цепь за первый полупериод импульса q заряжается, а за второй полупериод, переключившись, разряжается этим же опорным источником.
Напряжение в измерительной диагонали моста при равенстве между собой абсолютных значений напряжений положительного и отрицательного опорных источников равно:
С моста заряды с емкостей подаются на операционный усилитель ОУ1, который одновременно выполняет функции трансформирования высокого сопротивления в низкое и функции сравнения сигналов моста и цепи обратной связи. Цикл работы преобразователя условно можно разделить на два такта.
Первый такт подготовительный, при этом происходит заряд измерительных конденсаторов С1 и С2 от источников опорных напряжений ±U. Ключ Кл5 заперт, а интегратор на ОУ2 выполняет функции аналоговой запоминающей ячейки.
Рисунок 10.2 – Принципиальная схема ёмкостного преобразователя
перемещений.
Второй такт - измерительный, при этом происходит перезаряд измерительных ёмкостей, ключ Кл5 отперт, что приводит к появлению сигнала интегратора ОУ2 и цепи отрицательной обратной связи. На выходе интегратора ОУ2 выходное напряжение Uвых пропорционально перемещению X и его знаку.