Устройства контроля прозрачности жидкости

Вес (с батареями), г

около 1000

Размеры (Ш х В х Д), мм

256 х 195 х 70

DTF16 Haze Control - это высокоточная система измерения и контроля мутности

Данная система представляет собой трехлучевую оптическую конструкцию, которая служит для точного измерения светового потока как в прямом (11°), так и в боковом направлении (90°), осуществляя, одновременно, световую компенсацию (рисунок 1.19). Это позволяет эффективно измерять широкий диапазон частиц, замутняющих поток жидкости в трубопроводе, и обеспечивать нефелометрические результаты, требуемые большинством инструкций [18].

Комбинация оптики точного рассеивания света и оптимальной геометрии корпуса не дают случайному внутреннему или внешнему рассеянному свету отрицательно повлиять на измерения. Разнообразные помехи, такие как цвет образца или изменения цвета не влияют на измеряемые значения. Cистема контроля мутности обладает автоматически настраиваемой установкой нуля без дрейфа.

Корпус системы Haze Control изготовлен из гигиенической нержавеющей стали, а оптические окна сделаны из цельного кристаллического сапфира для наилучшей устойчивости к истиранию и коррозии. Сварные концы могут быть адаптированы к любым стандартным трубам.

Измерение мутности Dual Angle Haze Control / DTF16. Типичные области применения:

1. Контроль замутнения пивного фильтра

2. Изменение мутности в жидкостях с низкой концентрацией

3. 90 ° и 11 ° углы рассеивания

4. Измерение прозрачности жидкости

Основные технические характеристики:

1. Минимальный диапазон: 0 - 0,05 об/мин. DE

2. Максимальный диапазон: 0 - 500 об/мин. DE

3. Длина волны: 590 - 1100 нм

4. Рабочая температура: -20 - +120 ° C

Анализатор жидкости турбидиметрический АЖТ-94 предназначен для непрерывного измерения мутности вод и контроля концентраций взвешенных в жидкостях частиц. Градуировка и поверка с использованием ГСО 7271-96 и контрольных суспензий [19]. Технические характеристики приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9

Турбидиметрический анализатор жидкости АЖТ-94

Характеристика	Значение
Диапазоны измерения по суспензии формазина, ЕМФ	0,3-80
Диапазоны измерения по суспензии каолина, мг/л	0,2-35
Предел допускаемой основной приведенной погрешности от верхнего предела измерения, %	2,5
Потребляемая мощность, В·А	не более 16
Объем проточной кюветы, л	0,2-0,7
Габариты выносного оптического датчика, мм	300x330x150
Компенсация загрязнения оптическая и/или электронная, %	97-30
Время уст. показаний при расходе 1,2 л/мин (по уровню 0.9), мин	2-3
Температура окружающей среды ( для электронного блока), °C	5-45
Линейная по пропусканию шкала: цифровой индикатор на передней панели, %	3-100
токовая петля (диапазон на 100 %), мА	4-20
Логарифмическая шкала (линейная по концентрации): цифровой индикатор , оптич. плотность D	0,01-1,3
вторая токовая петля, мА	4-20
Контроль по уменьшению пропускания, %	95-10
Контроль по превышению пропускания, %	15-95
Потребляемая мощность, ВXА, не более	16
Объем проточной кюветы, л	0,2-0,7
Габариты электронного блока, мм	310х170х95

Мутномер (анализатор мутности жидких сред) ИКО-14 предназначен для непрерывного измерения мутности технических и сточных вод, а также для контроля других жидкостей по параметру мутности (рисунок 1.21). Мутномер может быть использован в качестве измерителя концентрации взвешенных частиц в жидкостях после предварительной градуировки непосредственно на месте эксплуатации [20].

Область применения: предприятия пищевой, химической, целлюлозно-бумажной промышленности, водные хозяйства, комплексный экологический мониторинг водных сред.

Принцип действия мутномера ИКО-14 основан на измерении величины диффузного отражения взвешенными в жидкости частицами оптического излучения ИК-диапазона. ИК-излучение от полупроводникового светодиода направляется через кварцевое окно в поток исследуемой жидкости. Отраженное взвешенными частицами излучение частично возвращается через то же окно в датчик и попадает на фотоприемник. После усиления и аналого-цифрового преобразования сигнал с фотоприемника подается на микропроцессор, расположенный в электронном блоке. Микропроцессор обрабатывает полученный сигнал и выдает рассчитанное значение мутности на дисплей и токовый выход.

Способ установки: оптический датчик прибора ИКО-14 устанавливается непосредственно на трубопровод при помощи шарового крана, входящего в комплект поставки. Шаровой кран вваривается в трубопровод перед монтажом прибора. В комплект прибора также входит съемник, позволяющий устанавливать и извлекать датчик из трубопровода, находящегося под давлением до 10 атм. без остановки технологического процесса. Электронный блок размещается на расстоянии до 10 метров от оптического датчика. Технические характеристики ИКО-14 приведены в таблице 1.10.

Таблица 1.10

Технические характеристики ИКО-14

Параметр	Значение
Диапазон измерений по шкале формазиновой суспензии	0-4000 ЕМФ
Пределы основой приведенной погрешности	± 4 %
Постоянная времени прибора (устанавливается программно)	3-999 сек
Габаритные размеры: - оптического датчика - измерительного блока - шарового крана - длина соединительного кабеля	110х350 мм 300х200х190 мм 300х180х110 мм 10 м
Масса, не более: - оптического датчика (нерж. сталь или титан) - измерительного блока (поликарбонат) - шарового крана (нерж. сталь или титан)	3 кг 3 кг 5 кг
Допустимые параметры окружающей среды: - влажность - температура	до 95% при 20°C 0 ... +70°С
Питание	220 В, 50 Гц
Потребляемая мощность	не более 20 ВА

Микропроцессорный датчик мутности (турбидиметр) 1720E SC для промышленных контроллеров производства фирмы «HACH-LANGE»

Назначение и области применения: мониторинговые системы контроля мутности чистых жидкостей и контроль качества фильтрации на станциях водоподготовки [21].

Достоинства: наличие широкого диапазона измерений с низким порогом детектирования взвешенных частиц, функция компенсации пузырьков воздуха, возможность подключать датчик к контроллерам моделей SC 200 и SC 1000. Технические характеристики приведены в таблице 1.11.



Таблица 1.11

Технические характеристики микропроцессорного датчика мутности 1720E SC

Параметр	Значение
Метод измерения	светорассеяние под углом 90° по USEPA 180.1 (вольфрамовая лампа накаливания белого света)
Диапазон измерения, NTU (FNU, TE/F, EMF)	0,0001...100
Разрешение, mNTU	0,0001
Время отклика, с	6, 30, 60, 90 (настраивается)
Компенсация пузырьков воздуха	механическая, через специальный уловитель пузырьков
Калибровка	заводская; проверка по стандартам (ГСО или STABL CAL)
Требования к образцу: скорость потока образца, л/мин температура, °С	0,25...0,75 до +50
Температура эксплуатации, °С	+2...+40
Класс защиты	IP 66 (NEMA 4X)
Размеры, мм	525Ч305Ч406
Масса, кг	4,54

Переносной турбидиметр модель ИП-3М (рисунок 1.23) предназначен для контроля мутности жидких сред путем измерения интенсивности светового луча, прошедшего через измеряемую среду. Назначение ИП-3М - контроль прозрачности технических жидкостей [22].

Технические характеристики ИП-3М:

прибор позволяет проводить сравнительный анализ прозрачности исследуемых образцов. В качестве измерительного устройства используются волоконно-оптические датчики с постоянной или переменной длиной оптического пути. Датчики могут выпускаться в химически стойком исполнении. Данный прибор состоит из блока индикации и выносного оптического датчика соединенных гибким кабелем. Рабочая часть датчика выполнена в полужестком исполнении и допускает отклонение от первоначального положения не более чем на 110 градусов без нарушения эксплуатационных характеристик.

- питание: 9 В;

- диапазон измерения: 0-1000 FTU;

- погрешность измерения: ±3,5 - 0±10 %;

- длины волн излучения: 470-940 нм;

- длины рабочих частей датчиков: 150-700 мм;

- диаметры рабочих частей датчиков: 10-14 мм;

- температурный диапазон: 5-130 °С.

- режим работы: индикаторный

- время непрерывной работы: 50 ч

Турбидиметрический датчик InPro 8400 (рисунки 1.24 - 1.27) определяет отношение величин светового потока, рассеянного под углом 12° к потоку нерассеянного света, прошедшего через раствор. InPro 8400 предназначен для определения низкой концентрации взвешенных частиц 0…400 FTU (0…100 EBC) [23].

Рисунок 1.24 - Принцип работы турбидиметрического датчика InPro 8400

Конструктивно данный тип датчика представляет собой проточную ячейку для монтажа непосредственно в трубопровод различного диаметра. Датчик устойчив к стерилизации и к многократному воздействию процедуры «очистки на месте» (CIP). Технические характеристики приведены в таблице 1.12.



Таблица 1.12

Технические характеристики датчика InPro 8400

Технические характеристики	Значение
Тип	Используется принцип компенсации измерений: отношение рассеянного света (под углом в 12°) к прямо прошедшему свету
Диапазон измерений	0…400 FTU, 0…100 EBC, 0…1000 ppm или 0…1,0 г/л
Диапазон рабочих температур	0…140°С
Диапазон давления	До 16 бар в зависимости от конструкции и варианта монтажа
Стерилизуемые	Да (140°С)
CIP устойчивые	Да
Класс промышленной защиты	IP 65
Различные варианты монтажа	Фланец DIN 2633, ANSI, APV, Tuchenhagen varivent, Neumo BioControl
Тип кабеля	Длина 5…100 м
Размеры датчика	Различные размеры в зависимости от типа монтажа
Материал корпуса	Нержавеющая сталь (1.4404 или 316SS)
Материалы уплотнений	Viton, Kalrez, FDA
Материал защитной втулки/окна	Сапфир

Ниже представлены варианты конструкции датчика InPro 8400.

Мутномер WQ770 и волоконно-оптический датчик для измерения мутности WQ710 [24]. Очень точный датчик для контроля мутности способен погружаться в жидкость непосредственно на месте проведения контроля. Предназначен для качественного контроля грунтовых и сточных вод, индустриальный контроль. Используется кабель с низким напряжением.

Мутнометр WQ770 сочетается с датчиком WQ710 (рисунок 1.28). Пульт управления содержит внутреннею 9-вольтовую батарею. Переносной портативный мутнометр отображает результаты измерений в нефелометрических единицах (NTU). Прибор также имеет способность автоматически отключаться для сохранения энергии батареи.

Выводы:

Рассмотрен анализ объекта контроля, его характеристики и область применения, а так же был произведен обзор существующих методов измерения мутности и возможности использования волоконно-оптических систем связи в таких измерениях. Рассмотрены существующие приборы измерения мутности жидких технических сред, и их возможности. На основе произведенных исследований была поставлена задача дипломного проектирования и возможные пути ее решения. Целью дипломного проектирования является разработка прибора на основе волоконно-оптических систем, определение метрологических характеристик и достоинств по сравнению с существующими приборами измерения мутности. Было выявлено, что описанные приборы обладают существенным недостатком, а именно необходимостью отбора проб. Этот недостаток вызывает неудобства и потерю времени. Возникает необходимость разработки турбидиметра с выносным датчиком, с помощью которого можно будет осуществлять экспресс-контроль жидкостей, путем погружения датчика в объект контроля, что значительно упростит процесс контроля и повысит его эффективность.

Задачи проектирования:

- разработать турбидиметр с выносным датчиком для осуществления экспресс - контроля в заводских условиях;

- разработать двухканальный волоконно-оптический датчик, такой датчик позволит анализировать прозрачность технических жидкостей, как в прямом так и в обратном направлениях (на случай если засорится один из каналов);

- прибор должен иметь малое энергопотребление.

- разрабатываемый прибор должен иметь малые габариты и вес;

На основе проведённого анализа для дальнейшего проектирования выбираем портативный турбидиметр. Он позволит проводить анализ прозрачности. В качестве измерительного устройства будет использоваться волоконно-оптический датчик который будет регистрировать как прошедшее так и отраженное (рассеянное в обратном направлении ) излучение.



2. Разработка прибора

2.1 Моделирование измерительного тракта

Оптико-волоконный канал спектрально-энергетической трансформации информативных излучений представляет совокупность отдельных взаимосогласованных электрических, электронных, световодных и других элементов. В общем случае в системно воспринимающих, преобразующих и передающих информацию элементах, световодная система оптических волокон является определяющим фактором. В оптико-волоконных структурах ориентированно преобразующих и передающих оптическую информацию посредством функциональных элементов выходная величина может быть представлена формулой:

, (2.1)

где ? поток излучателя воздействующего излучения;

? коэффициент спектрального согласования элементов параметрической цепи преобразования;

? функция передачи оптического тракта;

? спектральная чувствительность фотоприемника.

Если , функция преобразования определяется параметрами основной составляющей световодного тракта F_а(x₁...x_n). Математическое выражение функции передачи оптического тракта может быть получено на основе теории геометрической оптики. При переходе от схем с единичными моноволокнами к жгутам световодов предполагается, что весь свет от источника воспринимается входным торцом жгута, т.е. лучистый поток заключен в конусе ц_а апертуры А (рисунок 2.1). Тогда сила излучения в направлении ц на выходе n_i-го световода излучателя для определяется выражением:

(2.2)

Освещенность жгутов оптических волокон с нерегулярной укладкой моноволокон на основе эффекта «симметризации лучей», усредняется по всей площади выходного торца жгута. И диаграмма направленности r_i-го волокна описывается выражением:

, (2.3)

где S_пр - площадь торца передающего канала.

Однако световой поток, прошедший через среду, взаимодействует снеоднородностями и в отображаемом ими информативном излучении отклик в приемный световод дадут те элементарные потоки, у которых угол отражения находится в интервале ц₀ ? ц_m, где ц_m - максимальный угол. Значительное влияние оказывает относительное расположение световодов, элементарного объема и состояние отражающей (рассеивающей) среды [25]. Мощность элементарных световых потоков, излучаемых с площадки rdrdи и воспринимаемых приемным световодом, определяются соотношением:

, (2.4)

где ? угловая длина дуги, определяющая часть полного элементарного потока dP(ц), которая после отражения воспринимается входным торцом приемного световода (рисунок 2.1);

? светопропускание излучающего и приемного световодов.

Вклад в формируемое информативное излучение приемного световода дадут после отражения лишь элементарные потоки с углом отражения ц₀ ? ц_m, а мощность излучения, воспринимаемого приемным световодом при расположении их торцов в одной плоскости, определяется произведением энергетической освещенности приемного торца на площадь S его освещенной области.

2.2 Разработка и расчет оптико-волоконной схемы датчика

В мутнометрии источниками монохроматических излучений преимущественно применяются светоизлучающие диоды светодиоды. Они излучают свет в очень узкой области спектра по сравнению с нагретой добела нитью накаливания лампы. По сравнению с лампой накаливания светодиоду той же интенсивности требуется значительно меньшая мощность, что повышает их долговечность, обеспечивает малое энергопотребление, компактность и негабаритность. Эти преимущества определяют эффективность применения светодиодов в оптико-волоконной мутнометрии. В качестве источника излучения применим инфракрасный круглый светодиод диаметром 3 мм L-34SF4BT (рисунок 2.2) производства компании Kingbright, его характеристики приведены в таблице 2.1 [26].

Таблица 2.1

Характеристики светодиода L-34SF4BT

Параметр	Значение
Длина волны, нм	880
Угол излучения,°	50
Поток излучения, мВт	30
Номинальный рабочий ток, мА	50
Материал	Gа Al As

Рисунок 2.2 - Эскиз светодиода фирмы Kingbright L-34SF4BT

Преимуществом обладают в конструкциях волоконно-оптических датчиков прозрачности и мутномерах фотодиоды. Полупроводниковые приборы типа фотодиодов (кремниевых или германиевых) имеют высокую интегральную чувствительность, линейность, небольшие рабочие напряжения, малые массогабаритные параметры, что обеспечивает им широкое применение в конструкциях оптико-волоконных мутномеров. В качестве приёмника излучения используем фотодиоды ФД 256 (рисунок 2.3) [27].

Рисунок 2.3 - Эскиз фотодиода ФД 256

Основные технические параметры фотодиода ФД-256:

1) Площадь фоточувствительного элемента (эффективная), 1,4х1,4 мм2;

2) Рабочее напряжение, 8В;

3) Диапазон спектральной чувствительности, 0,4-1,1 мкм;

4) Максимум спектральной характеристики, 0,8-0,9 мкм;

5) Темновой ток, 5 нА;

6) Интегральная токовая чувствительность, 0,02 мкА/лк;

7) Собственная постоянная времени (U = 8 В), нс, не более 10;

8) Собственная постоянная времени (U = 60 В), нс, не более 2;

9) Корпус - металлический;

10) Электрическая плотность изоляции В, не менее 180;

11) Масса, 1 г.

На рисунке 2.4 приведены спектральные характеристики светодиода и фотодиода.

Рисунок 2.4 - Спектральные характеристики светодиода и фотодиода

Аккумуляторная батарея. В данном приборе используется перезаряжаемая аккумуляторная батарея UltraFire BRC 18650 она оснащена защитой платы (ПП) на отрицательном полюсе [28]. PCB может защитить батарею от перегрузки, более-разгрузочных работ, перегрузки и короткого замыкания, которое может сделать батарею безопаснее и более длительный срок службы. Аккумулятор (рисунок 2.5) является экологически чистым и идеально подходит для энергопотребляемых устройств. Напряжение: 3.7V. Фактическая емкость: 4000mAh. Встроенная защита PCB платы. Для беспрерывной работы прибора 5 часов, требуется два аккумулятора, соединенных последовательно.



Рисунок 2.5 - Аккумуляторная батарея

Технические характеристики аккумуляторной батареи UltraFire BRC 18650 приведены в таблице 2.2 [28].

Таблица 2.2

Характеристики аккумуляторной батареи.

Параметр	Значение
Аккумулятор	UltraFire BRC 18650
Тип аккумулятора	4000 мАч
Напряжение	3,7 В
Ресурс	800 циклов
Размер, мм	6,8Ч1,8Ч1,8
Вес	93г

Литий-ионный аккумулятор (Li-ion) -- тип электрического аккумулятора, который широко распространён в современной бытовой электронной технике и находит свое применение в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах. Это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, электромобили, приборы, цифровые фотоаппараты и видеокамеры [29]. Аккумуляторы крайне чувствительны к превышению напряжения при заряде, аккумулятор может загореться. Поэтому в корпус аккумуляторов встраивают специальную миниатюрную электронную плату, которая защищает аккумулятор от превышения напряжения заряда. Также эта плата может опционально контролировать температуру аккумулятора, отключая его при перегреве, ограничивать глубину разряда и ток потребления. Для беспрерывной работы прибора 5 часов, требуется два аккумулятора.

Разработана оптическая схема датчика, представлена на чертеже 200102.00.00.000 ЛЗ. Данная схема приведена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Оптическая схема датчика:

1-светодиод, 2-излучающий световод, 3-неоднородная среда, 4-световоды приемники, 5-фотодиоды

Где Pu - мощность светодиода; Pвых - мощность излучения на фотодиоде; - коэффициент светопропускания для среды, световода-излучателя и световода-приемника соответственно; Pвых - мощность излучения на фотодиоде.

Световодный тракт представляет собой оптическую систему элементов геометрической и волоконной оптики, с помощью которых отображаемое средой излучение воспринимается, преобразуется и передается с представлением его некоторого отображения [30]. Оптическое волокно обычно бывает одного из двух типов: одномодовое, в котором распространяется только одна мода (тип распределения передаваемого электромагнитного поля), и многомодовое -- с передачей множества (около сотни) мод. Конструктивно эти типы волокон различаются только диаметром сердечника -- световедущей части, внутри которой коэффициент преломления чуть выше, чем в периферийной части -- оболочке (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 - оптическое волокно: а - одномодовое, б - многомодовое

В нашем случае случае реализуется многоканальная схема преобразований, т.е. излучение от нескольких источников с выбранными спектрально-энергетическими параметрами передается по излучающему световоду с направленным воздействием в неоднородную среду. Тем самым формируемое при взаимодействии с контролируемой средой информативное излучение передается по приемному световоду непосредственно на фотоприемник.

Сама модель функции преобразования выходного оптического сигнала от множества параметров внешних факторов выражается зависимостью [31]:

F_вых(х₁,х₂...х_n)=F_вх·А(х₁,х₂...х_n) · В(х₁,х₂...х_n) · С(у₁,у₂...у_n), (2.5)

где А(x₁,x₂...x_n) функция передачи оптического тракта;

В(x₁,x₂...x_n) функция передачи контролируемой среды;

С(y₁,y₂...y_n) функция влияния внешних факторов на параметры преобразователя;

F_вх входной поток излучения;

F_вых выходной поток излучения.

Для приблизительного расчета первичного преобразователя датчика с применением отражателя выведена формула:

(2.6)

где R_пр радиус приемного световода;

L расстояние до отражателя(база датчика)(1…30 мм);

A апертурный угол;

R_изл радиус излучающего световода (0,2… 3 мм);

t₁ коэффициент ввода излучения в световод (0,7…0,95);

t₂ коэффициент пропускания световодов (0,55);

t₃ коэффициент отражения отражателя;

t₄ коэффициент ввода излучения в фотоприемник (0,98);

t₅ коэффициент спектрального согласования фотоприемника и

излучателя (0,3…0,9);

t₆ коэффициент пропускания излучения средой;

F_вх входной поток излучения (10мВт);

F_вых выходной поток излучения.

В таблице 2.3 представлены коэффициенты преломления некоторых исследуемых жидкостей и апертурные углы световодов.



Таблица 2.3

Коэффициенты преломления некоторых исследуемых жидкостей и апертурные углы световодов

Среда	Коэффициент преломления	Угол, градусы
Ацетон	1,360	23,2
Бензин	1,41 1,38	22,3 22,9
Вода	1,333	23,7
Глицерин	1,47	21,4
Спирт этиловый	1,362	23,2
Спирт метиловый	1,33	23,8
Молоко	1,35 1,36	23,4 23,2
Эфир	1,35	23,4

Приведем графики зависимости коэффициента передачи оптического канала от диаметров световодов и апертурных углов в различных средах.

Рисунок 2.8 - Зависимость коэффициента передачи оптического канала от диаметров световодов и апертурных углов в масле (1мм; 2мм; 3мм)

Рисунок 2.9 - Зависимость коэффициента передачи оптического канала от диаметров световодов и апертурных углов в воде (1мм; 2мм; 3мм)

На функцию передачи контролируемой среды оказывают влияние спектральные характеристики объекта контроля и наличие дисперсной фазы в нем. На рисунке 2.10-2.2.16 представлены спектральные характеристики различных масел, а также жидкостей используемых в качестве растворителей.

Рисунок 2.10 - Спектральная характеристика осевого масла

Рисунок 2.11 - Спектральная характеристика компрессорного масла

Рисунок 2.12 - Спектральная характеристика моторного масла тепловоза

Рисунок 2.13 - Спектральная характеристика моторного масла (синтетика)

Рисунок 2.14 - Спектральная характеристика моторного загрязненного масла

Рисунок 2.15 - Спектральная характеристика растворителей (нефрас, керосин, бензин)



Рисунок 2.16 - Спектральная характеристика разведенного моторного масла в пропорции 1:20

угол наклона графика к оси ординат изменяется в зависимости от степени загрязнения масла;

технические масла имеют более равномерную спектральную характеристику чем растворители;

при растворении проб загрязненного масла в растворителях неравномерность характеристики увеличивается с увеличением концентрации растворителя;

неравномерность спектральной характеристики в диапазоне 900-930 нм присуща практически всем моторным маслам;

коэффициент пропускания технического масла уменьшается обратно пропорционально длине волны зондирующего излучения.

Анализ полученных спектральных характеристик позволяет сделать следующие выводы: контроль состояния технических масел выносными

датчиками наиболее рационален при длине волны зондирующего излучения 880, 960, 940 нм, на этих длинах волн толщина просвечиваемого слоя может быть максимально возможной.

Также присутствие в масле необходимых присадок вызывает существенные изменения спектральной характеристике. Следовательно, представляется возможным осуществлять контроль параметров технического масла путем зондирования на трех-четырех длинах волн (видимый и ИК-спектр).

С точки зрения согласования тракта фотодиод- световод диаметр световода должен быть меньше либо равен диаметру приемной линзы фотодиода, а для согласования тракта светодиод - световод диаметр излучающего световода должен быть больше либо равен диаметру светодиода. Однако увеличение диаметра приемного световода приводит и к увеличению сторонней засветки фотодиода.

В одноканальных оптических схемах датчиков с отражающим элементом, есть один существенный недостаток: вследствие наличия больших площадей оптических элементов датчики использующие эти оптические схемы больше подвержены их загрязнению. И следовательно их применение в жидких средах, где часто возникает этот фактор имеет существенное влияние нецелесообразно.

На основе проведенного анализа делаем следующие выводы: для проектируемого прибора наиболее перспективной является оптическая схема двухканального датчика. Поскольку в процессе проведения экспресс-контроля загрязнение торцов световодов можно не учитывать, а нестабильность светового потока источника излучения компенсируются в электронном тракте.

2.3 Разработка структурной схемы прибора

Структурная схема прибора представлена на чертеже 200102 00.00.000 С1 Основными структурными элементами проектируемого прибора будут следующие: микропроцессор (МП) или центральное процессорное устройство (ЦПУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), устройство отображения информации (УОИ), электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ), измерительный преобразователь (ИП), масштабирующий усилитель (МУ), аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), клавиатура (КЛ). Электрическая связь между перечисленными элементами осуществляется посредством совокупности проводников, объединенных по функциональному назначению и называемых шинами адреса (ША), данных (ШД) и управления (ШУ). Передача данных между отдельными элементами может осуществляться также в последовательном коде по двухпроводной шине I²C. Устройство сопряжения (УС) обеспечивает выработку сигналов для последовательного обмена информацией между ЦПУ и персональной ЭВМ в формате RS232.

ОЗУ выполняет функцию временного хранения данных. ПЗУ служит для хранения выполняемых ЦПУ программ. Для записи результатов измерения применяется ЭППЗУ, которое обеспечивает запись информации в его ячейки в процессе работы прибора без использования специальных программирующих устройств, а также длительное хранение данных после отключения источника питания. Управление прибором осуществляется при помощи КЛ. УОИ предназначено для отображения измерительной и вспомогательной информации в форме, удобной для считывания пользователем.

По ША осуществляется передача сигналов от МП к внешним устройствам. Она является однонаправленной. Совокупность этих сигналов представляет собой многоразрядные двоичные числа. Эти числа являются системными адресами внешних устройств, входящих в состав микропроцессорной системы (МПС).

ШД представляет собой совокупность фиксированного числа проводников, по которым осуществляется передача данных от ЦПУ к внешним устройствам и наоборот, то есть она является двунаправленной. Совокупность сигналов передаётся по ШД одновременно (в параллельном коде) и представляет собой многоразрядные двоичные числа. Числа, передаваемые по ШД - это информация, которая обрабатывается МПС.

По ШУ передаются сигналы, синхронизирующие во времени обмен данными между ЦПУ и внешними устройствами.

С помощью КЛ осуществляется ручное управление работой прибора. Сигнал с микропроцессора поступает на вход генераторов тока, на выходе которого вырабатывается постоянный ток, необходимый для питания светодиода. При пропускании электрического тока через светодиод образуется оптическое излучение. Полученное оптическое излучение по излучающему световоду попадает в контролируемую среду (объект контроля). Прошедшее через объект контроля оптическое излучение по приемномым световодам поступают на фотоприемники которые преобразуют попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд. Полученный сигнал усиливается и поступает на вход микропроцессора, где он сравнивается с эталонным сигналом. Полученный результат отображается на индикаторе в процентном соотношении относительно эталона.

2.4 Разработка электрической принципиальной схемы прибора

Выбор и описание элементов:

Микросхема 80С31ВН. Данная микросхема представляет собой высокопроизводительный 8-разрядный КМОП микрокомпьютер. Микросхема конструктивно оформлена в 40- контактном пластиковом корпусе типа DIP.

Основные параметры:

- полная совместимость с микроконтроллерами семейства MCS-51;

- перепрограммируемое запоминающее устройство на 4 Кбайта с

возможностью программирования “в системе”;

- диапазон частот тактового генератора 0--24 МГц;

- трехуровневая защита программной памяти;

- 128 байт внутреннего ОЗУ;

- 32 программируемых линии ввода/вывода;

- два 16-битных таймера-счетчика;

- 6 источников прерываний;

- режимы пониженного потребления питания.

Условное графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 2.16.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.16 - Условное обозначение микросхемы МП 80C31ВН

Назначение выводов микросхемы 80С31ВН:

P1.0-P1.7 - восьми разрядный двунаправленный порт P1. Каждый вывод этого порта может быть подключен максимум к четырем выводам микросхем (МС) ТТЛ;

RST - вход сигнала общего сброса;

EA - сигнал блокировки работы с внутренним ПЗУ;

Р3.0-Р3.7 - двунаправленный восьмиразрядный порт Р3, выводы которого имеют следующие дополнительные функции:

Р3.0 (RxD) - вход последовательного порта;

Р3.1 (ТxD) - выход последовательного порта;

Р3.2 (INT0) - вход внешнего прерывания 0;

Р3.3 (INT1) - вход внешнего прерывания 1;

Р3.4 (T0) - вход таймера/счетчика 0;

Р3.5 (T1) - вход таймера/счетчика 1;

Р3.6 (WR) - выход сигнала для синхронизации записи данных, выводимых из МП во внешнее устройство;

Р3.7 (RD) - выход сигнала для синхронизации чтения данных и пересылки их из внешнего устройства в МП;

P2.0-P2.7 - восьмиразрядный двунаправленный порт P2, на этих выводах формируется старший байт адреса (А8-А15);

P0.0-P0.7 - восьмиразрядный двунаправленный порт P0, каждый вывод этого порта может быть подключен максимум к восьми выводам МС ТТЛ. На выводах этого порта появляются выходные сигналы младшего байта адреса, который должен быть зафиксирован во внешнем регистре, после чего через этот порт осуществляется обмен данными между МП и внешними устройствами.

PSEN - выходной сигнал, разрешающий работу внешнего ПЗУ;

ALE - выходной сигнал, разрешающий фиксацию младшего байта адреса во внешнем регистре;

Выводы VCC и GND - для подключения к источнику питания;

X1, X2 - выводы для подключения кварцевого резонатора.

Кварцевый резонатор является внешним элементом встроенного в микросхему микропроцессора генератора тактовых импульсов. Схема подключения кварцевого резонатора представлена на рисунке 2.17.

Рисунок 2.17 - Схема подключения кварцевого резонатора к микросхеме 80С31ВН

Кварцевый резонатор ZQ1 выбираем с частотой 11,059МГц, а конденсаторы С1 и С2 по 33пФ в соответствии с рекомендациями производителя микросхем 80С31ВН. Выводы X1 и X2 подсоединяются к выводам 19 и 18 микросхемы соответственно.

Микросхема КР558РР2. Микросхема выполняет функцию постоянного запоминающего устройства. Она является перепрограммируемым ПЗУ с записью и стиранием электрическими сигналами (группа ЭС).

Таблица 2.3

Основные характеристики микросхемы

Тип микросхемы	Емкость, байт	t в.а., мкс	Рпот, мВт	Uпот, В	Uпр, В	t пр, с	t стир., с
КР558РР2	2к	0.35	480	5	18	20	1

Условное графическое обозначение микросхемы представлено на рисунке 2.18.

Рисунок 2.18 - Условное обозначение МС ПЗУ КР558РР2

Назначение выводов микросхемы КР558РР2 :

- А0-А10 - адресные входы;

- D0-D7 - выходы данных;

- ОЕ - разрешение по выходу;

- CS - выбор микросхемы;

- Uсс - напряжение питания;

- UPG - напряжение программирования;

- 0 V- общий вывод;

Микросхема М27128А. Выполняет функцию ПЗУ. Микросхема является перепрограммируемым ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием, она предназначена для длительного хранения данных как во включенном, так и при отключенном состоянии прибора. Данная микросхема обладает расширенными возможностями и емкостью доступной памяти 16 Кбайт. Условное обозначение её представлено на рисунке 2.19.

Рисунок 2.19 - Условное обозначение МС ПЗУ М27128А

Назначение выводов микросхемы:

- А0…А13 - адресные входы;

- D0…D7 - выходы данных;

- RD - вход разрешения считывания;

- CS - выбор микросхемы;

- PGM - вывод, на который подается последовательность прямоугольных импульсов длительностью 1мс в режиме записи. В режиме считывания этот вывод подключается к выводу 28(VCC).

- Upr - при чтении подается +5В, при перепрограммировании +12,5В.

- VCC - питание +5В;

- GND - общий вывод.



Микросхема AT24C16. Представляет собой электрически стираемое и перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭППЗУ), имеющее организацию 2048 слов по 8 байт (2Кбайта). Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.20.

оптический волоконный метрологический мутномер

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.20. -Условное обозначение МС ЭППЗУ AT24C16

Назначение выводов:

- VCC - питание +5В;

- GND - общий вывод;

- SDA - последовательная двунаправленная шина данных I²C;

- SCL - цифровой вход тактовых импульсов интерфейса I²C;

-А0…А2 - три программируемых бита адреса микросхемы для последовательного интерфейса I²C;

- WP - запрет записи.

Микросхема КР537РУ17. Она состоит из накопителя, выполненного на КМОП-элементах памяти, формирователей адреса строк и столбцов, дешифратора строк на 8 входа и 256 выходов, дешифратора столбцов на 4 входа и 16 выходов, предназначенных для выбора одного 8-разрядного слова из накопителя.

Основные характеристики микросхемы:

- информационная емкость - 8 кб;

- время выборки сигнала - не более 200 нс;

- напряжение питания - +5 В

Потребляемая мощность:

- в режиме обращения - 470 мВт;

в режиме хранения:

- при Ucc=5,5 В - 22 мВт;

- при Uсс=2 В1 - 1 мВт;

- диапазон температур - (-10--+70)°С;

- выходной ток - 5 мА.

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.21.

Рисунок 2.21 -Условное обозначение МС ОЗУ КР537РУ17

Назначение выводов:

- А0 - А12 - адресные входы;

- DI0 - DI7 - вход - выход данных;

- СОЕ - разрешение по выходу;

- CS1, CS2 - выбор микросхемы;

- Uсс - напряжение питания;

- WR/RD - сигнал записи - считывания;

- 0 V- общий вывод;

Микросхема К555ИД7 - двоично - десятичный дешифратор - мультиплексор, преобразующий трехразрядный код А0…А2 в напряжение низкого уровня, появляющееся на одном из восьми выходов 0…7. Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.22.



Основные электрические параметры:

- выходное напряжение………0,48-2,9 В

- входной ток…………………-0,36-+0,02 мА

- ток потребления…………….10 мА

- время задержки ………...…..41 нс

Рисунок 2.22 - Условное обозначение МС дешифратора К555ИД7

Назначение выводов:

- Е1, Е2, Е3- входы управления;

- А0, А1, А2- информационные входы;

- 0 - 7 - входы дешифратора;

- +U - напряжение питания;

- 0 V- общий вывод.

Микросхема КР1533ИР23. Микросхема КР1533ИР23 - это восьмиразрядные регистры на D-триггерах с динамическим С-входом. Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.23.

Основные электрические параметры:

- выходное напряжение - (0,4-2,4) В;

- входной ток - (-0,2 -- +0,02) мА;

- ток потребления - 31 мА;

- время задержки регистра - 19 нс.



Рисунок 2.23 -Условное обозначение МС регистра К555ИД7

Назначение выводов:

EO - разрешение по выходу;

D0 - D7 - информационные входы;

Q0 - Q7 - прямые выходы;

С - вход синхронизации;

Микросхема К572ПВ3. Микросхема К572ПВ3 - микросхема, работающая в составе микропроцессорной системы.

Основные электрические параметры.

диапазон преобразования:

в десятичной форме…………………..0…255

в двоичной форме……………….........00000000…11111111

ток потребления..…….........................4 мА

напряжение питания…..……………..+5В

опорное напряжение…….....................-10 В

время преобразования………………...7,5 мкс

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.24.

Рисунок 2.24 -Условное обозначение МС АЦП К572ПВ3

Назначение выводов:

AI1, AI2 - аналоговые входы;

GA - аналоговая земля;

UR - вход для подачи опорного напряжения;

RD - цифровая земля;

CS - выбор микросхемы;

BU - информационный выход;

D0 - D7 - цифровые выходы;

+U - напряжение питания;

0 V - общий вывод.

Микросхема К555ЛЕ1. Содержит 4 логических элемента 2ИЛИ-НЕ. Условное обозначение её приведено на рисунке 2.25. Микросхема размещена в 14-контактном пластиковом корпусе DIP

Рисунок 2.25. - Условное обозначение МС К555ЛЕ1

АЛС 335 Б. Одноразрядные цифро-буквенные индикаторы с высотой цифры 11мм из семи сегментов. Изготавливаются на основе светодиодных структур галлий - фосфор - мышьяк. Выпускаются в пластмассовом корпусе

Основные параметры:

- сила света одного сегмента при I=20 мА - 0,15 мкд;

- сила света децимальной точки при I=20 мА - 0,05 мкд;

- постоянное прямое напряжение при I=20 мА - 2,5 В;

- максимум спектрального распределения излучения на длине волны - 0,65-0,67 мкм;

- постоянный прямой ток через один сегмент:

при Токр<35°С - 25 мА;

при Токр=70°С - 7,5 мА;

- мощность рассеяния индикатора:

при Токр<35°С - 500 мВт;

при Токр=70°С - 150 мВт;

- постоянное обратное напряжении - 5 В;

- диапазон рабочей температуры окружающей среды - (-60+70)°С.

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.26.

Рисунок 2.26 -Условное обозначение МС ЦОУ АЛС 335 Б

Микросхема МАХ 232. Микросхема фирмы MAXIM. Содержит 2 приемника и 2 передатчика интерфейса RS-232С, который имеет форму 25-контактного разъема типа D.

Основные параметры:

- скорость передачи информации - 116 кБ/с;

- напряжение питания - 5В;

- потребляемый ток - 4мА;

- количество конденсаторов - 5;

- номинальная емкость конденсаторов - 10мФ.

Условное обозначение микросхемы приведено на рисунке 2.27.



Рисунок 2.27 - Условное обозначение микросхемы MAX 232

Назначение выводов:

- T1IN, T2IN. R1OUT. R2OUT - выводы, подключаемые к микропроцессору;

- T1OUT, T2OUT. R1IN. R2IN - выводы, подключаемые к RS - 232;

- C1+, С1-, С2+, С2-, V+, V- - выводы для подключения конденсаторов;

- Uсс - напряжение питания;

- GND - общий вывод.

Расчет токоограничивающих резисторов. Чтобы обеспечить токовый режим каждого цифробуквенного индикатора, необходимо рассчитать токоограничивающие резисторы R11-R18.

U_пр = 2В; Е = 5В; I_пр = 10мА.

(2.7)

Остальные резисторы R12-R18 будут такие же, значит примем резисторы R11-R18 равными 300 Ом.

Разработка усилителя. После преобразования неэлектрической величины в электрическую с помощью ИП, полученный полезный сигнал необходимо усилить при помощи усилителя.

Усилитель. В качестве усилителя сигналов, полученных с фотодиода, используется операционныйусилитель LM317Т. На рисунке 2.28 представлена схема включения усилителя.

Рисунок 2.28 - Схема подключения усилителя

Произведем расчет согласующего усилителя:

(2.8)

где S_лmax - максимальнаяинтегральная чувствительность фотоприемника, S_лmax = 0,6 А/Вт;

S_лотн - относительная чувствительность фотоприемника на определенной длине волны, А/Вт.

Найдем значение I для используемых длин волн:

- для излучения на длине волны л = 913 нм

I = 0,6*0,56 *10^-3*0,5 = 0,168 мА;

Далее необходимо рассчитать сопротивление обратной связиR_ос:

R_ос=U_вых/I; (2.9)

где U_вых - выходное напряжение (U_вых= 0,5-1 В).

Решая обратную задачу, получим, что необходимо выбрать резистор сопротивлением R_ос = 600 кОм.

Расчет потребляемой мощности осуществляется по следующей формуле:

(2.10)

где I- суммарный ток, мА;

U- напряжение питания, U = 7,4В.

Найдем I, суммируя все токи:

I = 150 + 0,07 + 4 + 11 + 13 + 20 + 0,2 + 1,5 * 3 + 0,6 = 203,37 мА.

Подставив полученное значение в формулу 3.5, получим мощность, потребляемую всеми элементами:

.

Основные характеристики усилителяLM317Т представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Основные характеристики усилителя LM317Т

Параметры	Значение
Количество каналов	2
Напряжение питания, В	3…32
Частота, МГц	3
Напряжение смещения, мВ	0,8 - 0,9 мкм
Температурный диапазон, С	0…+70

Коэффициент усиления такого усилителя описывается следующим выражением:

К_У = 1 + R₁/R₂ (2.11)

Для расчета коэффициентов усиления определим сначала необходимое напряжение на входах АЦП₁и АЦП₂.Максимальное значение напряжения на выходе датчика U_Д1 = 152 мВ; предел измерения линейного размера дефекта равен от 0 до 25 с дискретностью 0,1 мм, а максимальное значение напряжения на выходе датчика U_Д2 = 85 мВ. Исходя из этого, определим максимальное число, которое должно быть на выходе АЦП:

Так как АЦП К572ПВ3 8-разрядный,то максимальное десятичное число, которое может быть получено в результате преобразования аналогового сигнала в цифровой код - 255, что соответствует максимальному входному напряжению -10В. Определим теперь необходимое напряжение на входе АЦП₁, которому будет соответствовать число N₁ = 1,5.

U_max1 = (В). (2.12)

Для N₂ = 1800:

U_max2=(В). (2.13)

Тогда коэффициент усиления с учетом (2.8) для усилителя DA1 будет равен

. (2.14)

а для усилителя DA2

. (2.15)

С учетом (2.11), (2.13) и (2.14) рассчитаем сопротивления резисторов: для усилителя сигнала, поступающего с датчика измерения R1=620(Ом), R2=1(кОм), а для усилителя сигнала, поступающего с датчика измерения линейного размера дефекта: R3=11(кОм), R4=1(кОм). Резисторы R2, R4 выбираем подстроечными, чтобы при настройке можно было точно выставить полученные значения коэффициентов усиления.

Электрическая принципиальная схема прибора разработана в соответствии с его структурной схемой и представлена на чертеже 200102.01.00.000 ЭЗ.

После включения питания на вывод 9 (RST) МС DD1 подается сигнал высокого уровня, после чего параметры всей микропроцессорной системы (МПС) устанавливаются в исходное состояние. Для сброса МПС в исходное состояние во время работы прибора используется клавиша «RESET» (SB1). К выводам Х1 и Х2 МС DD1 подключен кварцевый резонатор, с помощью которого формируется последовательность прямоугольных импульсов, вырабатываемых встроенным в МП генератором тактовых импульсов. Он синхронизирует во времени работу всех элементов МПС. Порт Р0 в МП DD1 используется для выдачи младшего байта адреса и для обмена данными. Для того чтобы зафиксировать младший байт адреса используется МС DD3 - восьмиразрядный регистр. При подаче стробирующего импульса на вывод 11 (С) микросхемы DD3 с выхода АLE (вывод 30) МП DD1 происходит фиксация младшего байта адреса. После этого порт Р0 DD1 используется для обмена данными с внешними устройствами. На выводах DD3 формируется младший байт системной шины адреса А0 - А7. Старший байт шины адреса А8 - А15 начинается с выводов порта Р2 МП DD1.

В качестве микросхем ПЗУ используются микросхемы DD5 и DD7. Для разделения их адресных пространств используем микросхему DD6.1. Выбор МС ПЗУ осуществляется адресным выводом А14. Если A14 = «0», то используется МС DD7, а если A14 = «1», то используется МС DD5.На ее адресные входы А0-А15 поступают сигналы с системной ША. Выводы D0…D7 соединены с выводами порта Р0 МП DD1. Считывание данных происходит при подаче сигнала на вывод 20 (ОЕ) МС DD5 или на вывод 22 (ОЕ) МС DD7, в зависимости, какая микросхема находится в активном состоянии, который формируется на выводе 29(PSEN) МС DD1. В микросхемах DD5 и DD7 хранятся программы, выполняемые МПС.

Активизация МС ОЗУ DD9 происходит при одновременной подаче сигнала низкого уровня на вывод 20(СS1) и сигнала высокого уровня на вывод 26 (CS2). Это осуществляется при помощи микросхемы DD6.2. Чтение данных из МС DD9 осуществляется при подаче сигнала высокого уровня на её вывод 27 (WR/RD) , который формируется на выводе 17(P3.7/RD) МС DD1. При записи данных в ОЗУ, подается сигнал низкого уровня на вывод 27 (WR/RD) МС DD9 с вывода 16(P3.6/WR) МП DD1.

Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой начинается при поступлении на вывод 5(ВU1) АЦП DA3 и на вывод 5(BU2) АЦП DA4 импульса длительностью более 7,5мкс. Эти импульсы формируется программно на выводах 12(P3.2) и 13 (P3.3) МС DD1. Если же импульсы не подается, то преобразование происходит непрерывно. АЦП DA3 и DA4 преобразуют аналоговые сигналы, поступающий на входы Ain1 или Ain2 (выводы 13), в двоичное число и записывают его в ячейку внутреннего ОЗУ АЦП DA3 и DA4. Передача данных в МП DD1 осуществляется по шине I²C (проводники SDA и SCL). Сигналы на вход Ain1 DA3 и на вход Ain2 DA4 поступают с выходов операционных усилителей DA1 и DA2 соответственно, которые применяются для усиления полезного сигнала, полученного с первичного преобразователя. Шина I²C начинается с выводов 14(Р3.4) и 15(Р3.5) МП DD1. Удобства применения шины I²C очевидны - малое количество проводников и достаточно высокая скорость побитного обмена между МП и внешними устройствами, простота аппаратной реализации линий связи. Для записи и хранения результатов измерения используется микросхема электрически перепрограммируемого ПЗУ DD11. Управление этой микросхемой происходит по шине I²C.

Выводы порта Р1 (P1.0…P1.6) МП DD1 используются для подключения клавиатуры. Управление клавиатурой осуществляется программным путем. Клавиша «Пуск»(SB1) используется для перевода прибора в режим работы. Клавиша «Измерение» переводит прибор в режим измерения. Клавиша «Чтение» - для вывода результатов измерений на УОИ. Клавиши «Грубо» и «Точно» - для перехода к следующему или предыдущему значению результата измерения, записанного в памяти. Клавиша «Запись»(SB5) - для записи чисел в ППЗУ. Клавиша «Сброс»(SB12) используется для переключения клавиатуры в числовой режим, то есть для использования клавиш не как функциональных, а для ввода цифр от 0 до 9 (соответственно клавиши SB2 - SB11).

После обработки и анализа полученной измерительной информации осуществляется вывод конечного значения результата измерения на индикаторы HG1-HG4. Для управления символьными индикаторами HG1- HG4 используется регистр DD8. Прибор подключается к компьютеру по последовательному интерфейсу RS-232 (XS3) с использованием линий приема/передачи данных (TXD/RXD), а также управляющих линий RTS и CTS.

Расчет потребляемой прибором мощности:

Для обеспечения функционирования прибора на его питающие выводы необходимо подать напряжение +5В.Рассчитаем суммарный ток, потребляемый прибором от источника с выходным напряжением +5В. Для этого из паспортных данных определим ток, потребляемый каждой микросхемой в отдельности. Эти данные приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Токи, потребляемые микросхемами

Микросхема	Потребляемый ток
80С31ВН	18 мА
КР558РР2	96 мА
М27128А	85 мА
КР537РУ17	94 мА
КР1533ИР23 (2 шт.)	62 мА
К555ИД7	10 мА
АЛС335Б (4 шт.)	320 мА
К572ПВ3 (2 шт.)	8 мА
К555ЛЕ1	20 мА
К155ЛЛ1	9,8 мА
АТ24С16	3 мА
МАХ222	4 мА
МХ9002 (2 шт.)	950 мкА

Суммарный ток будет равен (2.13)

Рассчитаем мощность, потребляемую прибором.

. (2.14)

Так как прибор должен питаться от переменного сетевого напряжения 220В, а также от автономного источника, то в составе источника питания должны быть следующие элементы: понижающий трансформатор, диодный выпрямитель переменного напряжения, конденсатор для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, устройство, стабилизирующее напряжение на нагрузке, аккумуляторная батарея.

2.5 Разработка электрической принципиальной схемы стабилизированного источника питания

Электрическая принципиальная схема стабилизированного источника питания изображена на чертеже 200102 03.00.000 ЭЗ.

Переменное сетевое напряжение 220 (В) понижается трансформатором ТU1 , затем выпрямляется диодными сборками VD1 КЦ412А и VD2 КЦ407А. Конденсаторы С1-C4 сглаживают пульсацию выпрямленного напряжения. Далее выпрямленное напряжение подается на микросхемы стабилизатора напряжения DA1 К142ЕН5А и DA2 К142ЕН8Б. В данной схеме предусмотрено автономное питание от аккумулятора GB1. Переход на автономное питание производится нажатием кнопки SB1.

2.6 Разработка блока обработки информации

Сборочный чертеж блока обработки измерительных сигналов представлен на чертеже 200102.00.00.000 СБ. Блок электронный выполнен в виде переносного прибора. Он состоит из корпуса в сборе 1 и установленными внутри печатной платы 4 и трансформатора 20, которые крепятся к основанию корпуса с помощью полок 6, а также винтов 11, шайб 15 и гаек 13. На передней панели расположены органы управления - плата клавиатуры 3, регулирования - подстроечный резистор 17, с помощью которого устанавливается режим генератора, близкий к критическому и плата индикации 2, которая как и плата клавиатуры крепится к панели с помощью винтов 10, шайб 15 и гаек 13.Также на передней панели находятся тумблер «сеть» 21 и индикаторный светодиод 19,который сигнализирует о включении питания. На задней панели - разъем 18 для подключения щупа, который крепится к задней панели с помощью винтов 9, шайб 14 и гаек 12, предохранитель 16 и втулка 5 для подсоединения шнура питания.

2.7 Разработка конструкции датчика и описание принципа его работы

В разработанном приборе будем применять двухканальный датчик, работающий на прошедшем и рассеянном в обратном направлении излучении. Сборочный чертеж волоконно-оптического датчика представлен на чертеже 200102 01.00.000 СБ.

Датчик должен работать следующим образом: модулированное оптическое излучение от светодиода L-34SF4BT попадает на торец передающего световода. После чего излучение проходит через контролируемую техническую жидкость и попадает на световод который работает в обратном направлении, далее излучение попадает на фотодиод ФД 256. Еще часть излучения попадвет в приемный световод, который дальее раздваивается, и излучение попадает на приемные фотодиоды. Далее полученная информация обрабатывается микропроцессорной системой.