10.6 Выбор и расчет датчиков, нормирующих преобразователей и фильтров нижних частот (фнч)

10.6.1 Выбор и расчет датчиков и нормирующих преобразователей

10.6.1.1 Выбор датчиков

Выбор датчиков производится в соответствии с назначением и требованиями к работе конкретной ЛМПСУ (рисунок 10.1), из которых определяют :

• вид контролируемых параметров, например, расход газа, давление газа, температура;

• диапазон изменения параметров контроля.

Например, в задании на проектирование системы указывается на необходимость измерения расхода газообразных сред, который изменяется в диапазоне 0...800 м3/час.

В этом случае может быть выбран датчик типа ТУРГАС ПРГ-800, который предназначен для измерения расхода природного горючего газа (метан), воздуха и других не агрессивных газов с плотностью не менее 0,7кг/м3, температурой 0...500С и давлением не более 0,59МПа (6кгс/см2).

Выходной сигнал выбранного расходомера составляет 0...5 мА постоянного тока при нагрузке: 0...2,5 кОм.

Питание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В, частотой 50 Гц при потребляемой мощности не более 20ВА.

В задании также указывается на необходимость измерения давления, которое изменяется в диапазоне 0...600кПа.

Для этого может быть выбран датчик фирмы “Motorola” типа MPX2700D,A с параметрами:

• диапазон измеряемых давлений DP, кПа: 0…700;

• диапазон выходного напряжения DUвых max, В: 0…40;

• коэффициент преобразования DUвых/DP, мВ/kПа – 0,057;

• входное сопротивление Rвх, кOм – 1,8.

Наконец в задании указывается на необходимость измерения температуры, которая изменяется в диапазоне 0...500С. Для этого выбран датчик фирмы «Analog Devices» типа ТМР12 с параметрами:

• диапазон рабочих температур, °С: -40…+100;

• абсолютная погрешность в рабочем диапазоне температур, °С - ±3;

• максимальный потребляемый ток, мA – 600.

10.6.1.2 Выбор нормирующих преобразователей

Тип нормирующего преобразователя определяется видом и диапазоном изменения аналоговых сигналов, снимаемых с выходов выбранных выше датчиков, а также диапазоном изменения аналогового напряжения АЦП, которое составляет, например, 0...+5В.

Так, для канала измерения расхода в качестве нормирующего преобразователя используется резистор значением 1 кОм. Выходной ток, снимаемый с выхода датчика расхода и изменяющийся в диапазоне: 0...5мА, протекает по этому резистору и формирует напряжение UДР=(0...5мА)×1Ком=0...5В.

Для канала измерения давления в качестве нормирующего преобразователя использован делитель напряжения (рисунок 10.50), т.к. с выхода выбранного датчика давления снимается сигнал в диапазоне 0...40в.

Рисунок 10.50

Напряжение на выходе делителя Uвых=Uвх.фнч определяется соотношением резисторов R1 и R2:

.(10.26)

С выхода датчика давления поступает напряжение в диапазоне от 0 до 40 В, который необходимо привести к диапазону входных напряжений АЦП, составляющему 0…5 В.

Из выражения 10.26 можно заметить, что соотношение между резисторами R1 и R2 имеет вид :

.(10.27)

Подставив в 10.27 значение Uвх и Uвых, получим: .

Приняв R2=2кОм, получим R1=2×7=14 кОм.

Для канала измерения температуры в качестве нормирующего преобразователя использован масштабирующий усилитель (рисунок 10.51), т.к. с выхода датчика температуры снимается сигнал в диапазоне 0...0,45В.

Рисунок 10.51

Коэффициент усиления этого усилителя определяется выражением, вывод которого предоставлен ниже:

Будем считать, что ИМСОУ (DA1) близка к идеальной. Тогда:

Кu.имсоу®¥;(10.28)

Rвх®¥;(10.29)

Rвых®¥.(10.30)

Выходное напряжение рассматриваемого усилителя определяется выражением:

Uвых = Uос + DU + Uвх = Iос R2 + DU +Uвх.(10.31)

При выполнении (10.28) DU®0, тогда (10.31) примет вид:

Uвых = Uос + Uвх = Iос R2 + Uвх.(10.32)

Поскольку при выполнении условия (10.29), ток Iи®0, то Iос=IR1. Подставляя последнее в (10.32), получим:

Uвых = IR1R2 + Uвх.(10.33)

Для определения значения IR1 запишем выражение, связывающее Uвх, DU и UR1:

Uвх = DU + UR1 = DU + IR1R1.(10.34)

Последнее с учетом (10.28) примет вид:

Uвх = IR1R1.(10.35)

Отсуда получим и, подставляя его в (10.33), запишем:

Uвых = ·R2 + Uвх = Uвх( ),(10.36)

откуда коэффициент усиления:

.(10.37)

В свою очередь значение резистора R3 рассчитывается по формуле:

.(10.38)

Задаваясь значением резистора R1 и из формулы (10.38), получим выражение для расчёта R2 по известному значению коэффициента усиления Ku:

. (10.39)

Рассчитываем требуемое значение коэффициента усиления

Задаемся значением резистора R1=10 кОм и определяем величину резистора R2: R2=(11,1-1)·10 кОм=101 кОм.

В соответствии с номинальным рядом стандартных значений резисторов Е192 принимаем R2=101кОм.

Рассчитываем значение резистора R3: кОм.

Принимаем R3=9,1кОм .