Исследование емкостных (резистивных) датчиков влажности исходные данные к выполнению лабораторной работы
жүктеу/скачать 1,22 Mb.
|
| Преобразование сигнала с датчика
На практике измерение емкости производится за счет подачи сигнала возбуждения на электроды датчика. Изменение емкости датчика преобразуется в изменение напряжения, тока, частоты или ширины импульсов. Существует несколько типичных методов измерения емкости. Первый, или «прямой», метод подразумевает заряд конденсатора от источника тока в течение заданного времени и затем измерение напряжения на конденсаторе. Этот метод требует наличия прецизионного источника очень маленького тока и высокоимпедансного входа измерения напряжения. Второй метод основан на использовании измеряемой емкости в качестве времязадающей цепочки RC-генератора с последующим измерением постоянной времени, частоты или периода. Этот метод прост, но обычно не обеспечивает высокой точности. Третий метод заключается в измерении импеданса конденсатора на переменном токе. Источник синусоидального сигнала подключается к конденсатору, и при этом измеряются напряжение и ток через конденсатор. Однако такая схема очень сложна и состоит из многих компонентов. Четвертый, наиболее распространенный, метод измерения емкости прецизионного датчика с малой величиной емкости заключается в применении зарядового усилителя, который преобразует соотношение измеряемой и опорной емкостей в сигнал напряжения. Такая схема поставляется в виде специализированных микросхем и подходит для некоторых систем при больших объемах производства. В данной работе для оценки величины сопротивления датчика используется преобразователь емкость-частота, построенный на базе интегрального таймера 555 серии (российский аналог 1006ВИ1). Интегральный таймер – это микросхема, предназначенная специально для создания генераторов напряжения прямоугольной формы. Внутренняя функциональная структура таймера 1006 ВИ1 показана на рис. 4.
Два компаратора DA1 и DA2 управляют работой RS – триггера, причем на инвертирующий вход DA1 подается напряжение с резистивного делителя, равное 2/3Uп. На неинвертирующий вход DA2 подается напряжение, равное 1/3Uп. Транзистор VT1 работает в ключевом режиме, а элемент DD2 выполняет роль буфера. Простейший генератор на таймере показан на рис. 4. При включении напряжения питания емкость С1 разряжена, триггер находится в состоянии «0», транзистор VT1 заперт и на выходе формируется напряжение высокого уровня. Начинается заряд конденсатора от источника питания через резисторы R1 и R2 (рис. 4). При достижении напряжения на емкости величины 2/3Uп, срабатывает компаратор DA1, триггер переходит в состояние «1» и транзистор VT1 входит в режим насыщения. На выходе появляется напряжение низкого уровня, а конденсатор начинает разряжаться через резистор R2 и транзисторный ключ VT1. Как только напряжение на емкости достигает значения 1/3Uп, срабатывает компаратор DA2 и переводит триггер в состояние «0». Ключ VT1 запирается и на выходе вновь формируется напряжение высокого уровня. Схема переходит в периодический режим работы, причем период колебаний определяется как: Т = t1+ t2, где t1 = 0,695∙(R1+R2)∙C1, t2 = 0,695∙R2∙C1, откуда: T = 0,695∙C1∙(R1+2∙R2). Соответствующие диаграммы изменения напряжений на С1 и выходе генератора представлены на рис. 5.
Коэффициент нестабильности генератора не превышает 1%, причем напряжение может изменяться в пределах от 4,5 до 16В с сохранением неизменной частоты колебаний. Интегральный таймер оказался очень удачным функциональным элементом и к настоящему времени разработано огромное количество схем на его основе. жүктеу/скачать 1,22 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||