Главная
База знаний "Allbest"
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Система измерения давления в нефтепроводе
Система измерения давления в нефтепроводе
Информационно-измерительные системы на объектах трубопроводного транспорта. Классификация датчиков, единицы измерения давления. Защита манометров и преобразователей давления, исследование скважин. Функциональная схема интерфейса "токовая петля".
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.06.2011 |
| Размер файла | 917,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
, (3.7)
при R2 = 7.5 кОм и R3 = 274 кОм: К = 36.5.
Частотную характеристику коэффициента усиления от частоты можно наблюдать на рис.6.3.
Входное напряжение усилителя лежит в пределах от 0 до 20 мВ, следовательно после прохождения ОУ, с определенным К и напряжением на не инвертирующем входе в +2.5 В, на выходе усилителя это напряжение будет усиленно, инвертировано и колебаться в пределах 2.5 В. Переходную характеристику входа и выхода усилителя можно увидеть на рис.6.4.
Под инерционностью понимают некоторое запаздывание выходной величины усилителя относительно входной.
Под стабильностью характеристик усилителя понимают постоянство коэффициента усиления и амплитуды выходного напряжения, а также изменения выходного сигнала при постоянстве сигнала на входе (дрейф нуля).
Искажения, вносимые усилителем можно разделить на два вида: нелинейные и линейные. Искажения, связанные с наличием нелинейных элементов в усилителе, называются нелинейным искажениями. Искажения, обусловленные изменениями коэффициента усиления на различных частотах, называют частотными искажениями.
Усилитель должен обеспечивать такое максимальное выходное напряжение, при котором выходной каскад отдает максимальную мощность в нагрузку, а также выдерживать перегрузки входным сигналом и не должен давать значительного фазового сдвига выходного напряжения.
Для повышения стабильности работы, уменьшения нелинейных искажений и внутренних шумов используют отрицательную обратную связь.
При отрицательной обратной связи напряжение обратной связи и напряжение сигнала вычитаются и на вход подается их разность.
3.4.2 Выпрямитель прецизионный
На рис.6.5 изображена принципиальная электрическая схема смоделированного прецизионного выпрямителя. Выпрямитель состоит из ИОУ типа AD8542, резисторов R1, R2 и R3, разделительного конденсатора С1 ограничивающий полосу пропускания фильтра снизу, диодов D1 и D2.
Когда через диод проходит ощутимый прямой ток, наблюдается эффект перепада напряжения порядка 500 - 700 мВ. В случае применения диодов для выпрямления маленьких сигналов этот перепад напряжения оказывается существенным и может значительно исказить его. Прецизионное выпрямление предназначено для решения этой проблемы.
Прецизионный выпрямитель имеет два выхода, узлы М и Р обозначенные на рис.6.5., и осуществляет однополупериодное выпрямление положительных и отрицательных полуволн входного гармонического сигнала. При этом эффект перепада наблюдается, но очень незначительный, порядка 7 мВ. В этой схеме переменное напряжение подается на инвертирующий вход ОУ.
При прохождении отрицательной полуволны, она поступает на инвертирующий вход ОУ и преобразуется в положительную. Эта полуволна отсекается диодом D1 и на выход М поступает "нулевой" сигнал, а диод D2 пропускает положительную полуволну и она поступает на выход P.
При прохождении положительной полуволны, она поступает на инвертирующий вход ОУ и преобразуется в отрицательную. Данная полуволна не отсекается диодом D1 и на выход М поступает отрицательная полуволна, а диодом D2 отсекается и на выход М поступает "нулевой" сигнал.
На первом (узел М) и втором (узел Р) выходах выпрямителя присутствуют отрицательное и положительное напряжения соответственно, пульсирующие с частотой 50 Гц, которые поступают на входы дифференциального ФНЧ. Переходная характеристика представленная на рис.6.6., а частотная характеристика на рис.6.7
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.5 Схема моделированного выпрямителя в среде моделирования MicroCap
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.6 Переходная характеристика выпрямителя
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.7 Частотная характеристика выпрямителя
3.4.3 Фильтр низкочастотный
На рис.6.8 изображена принципиальная электрическая схема смоделированного низкочастотного фильтра. Фильтр ФНЧ состоит из двух ИОУ типа AD8605, резисторов R1…R8, и конденсаторов C1…C6, образующих собой звенья второго порядка. ФНЧ осуществляет ослабление переменных составляющих.
ФНЧ имеет 2 входа на которых присутствуют положительные и отрицательные напряжения соответственно, пульсирующие с частотой 50 Гц поступающие от выпрямителя, подавляет пульсации и дает на выходе быстро-экспоненциально нарастающее (примерно 100 мс) переменное напряжение на уровне примерно в 2.27 В на 3 входе ИМС и в 2.72 В на 4 входе ИМС. Переходная характеристика представлена на рис.6.9.
Данный ФНЧ состоит из 2 низкочастотных фильтра Баттерворта второго порядка (структура Саллена - Кея).
Для того, чтобы определить из каких элементов состоит каждый из фильтров данной структуры, необходимо уточнить какие элементы в него не входят. Конденсаторы C1 и C6 используются для сглаживания помех и не влияют на результаты. В таком случае резисторы R1 и R3, а также R2 и R4 можно считать одним с сопротивлением 270 кОм. Резисторы номиналом 1 МОм используются для понижения потребления тока от источника сигнала, поэтому в структуру Саллена - Кея они не входят.
Каждая из структур содержит конденсаторы и резисторы с одинаковым номиналом, и ОУ: Первый фильтр структуры состоит из резисторов R13 [R1 + R3] и R5, конденсаторов C2 и C4, и ОУ; Второй фильтр структуры состоит из резисторов R24 [R2 + R4] и R6, конденсаторов C3 и C5, и ОУ;
В общем виде их передаточная функция имеет вид:
, (3.7)
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.8 Схема моделированного ФНЧ в среде моделирования MicroCap
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.9 Переходная характеристика ФНЧ
где: щ0 - резонансная частота, Q - добротность, связанная с коэффициентом затухания ? соотношением:
. (3.8)
В зависимости от коэффициентов числителя фильтры второго порядка подразделяются на следующие виды:
a2 = a1 = 0 - фильтр нижних частот (ФНЧ);
a2 = a0 = 0 - полосовой пропускающий;
a1 = a0 = 0 - фильтр верхних частот;
a1 = 0 - полосовой задерживающий.
В данном случае используется фильтр низких частот, следовательно передаточная функция первой структуры имеет вид:
, (3.9)
Параметры фильтра равны:
, (3.10)
(3.11)
, (3.12)
при R13 = R5 обозначим R, C2 = C4 обозначим C: параметры фильтра будут иметь вид:
, (3.13)
, (3.14)
, (3.15)
a0 = щ02. (3.16)
Передаточная функция для первой структуры будет иметь вид:
, (3.17)
при R = 270 кОм, C = 0.047 мкФ, К = 1:
. (3.18)
График передаточной функции изображен на рис.6.10.
Передаточная функция для второй структуры будет выглядеть точно также, как и первая, поэтому нет смысла ее рассчитывать, а ее график будет точно такой же, как на рис.6.10.
Электронные фильтры нижних частот используются для подавления пульсаций напряжения на выходе выпрямителей, для разделения частотных полос в акустических системах, в системах передачи данных для подавления высокочастотных помех и ограничения спектра сигнала, а также имеют большое число других применений.
ФНЧ - фильтр, эффективно пропускающий частотный спектр сигнала ниже некоторой частоты (частоты среза), и уменьшающий (или подавляющий) частоты сигнала выше этой частоты. Степень подавления каждой частоты зависит от вида фильтра. Частотная характеристика изображена на рис.6.11.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.10. График передаточной функции ФНЧ
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.11. Частотная характеристика ФНЧ
3.4.4 Интегральный источник опорного напряжения (ИИОН)
На рис.6.12. изображена принципиальная схема ИИОН. ИИОН состоит из стабилитронов опорного напряжения D1 и D2 типа LM4040-2.5, и конденсаторов электролитических X1 и X2, рассчитанных на 10 В.
Электролитические конденсаторы X1 и X2 обеспечивают постепенное нарастание (примерно 170 мс) выходного напряжения до 2.5 В, а также обеспечивают маленькую частоту среза ИИОН.
ИИОН обеспечивает питание всех функциональных блоков схемы стабилизированным напряжением с номинальным уровнем. Стабилитрон D2 использующийся для формирования напряжения +2.5 В, которое является искусственной средней точкой однополярного питающего напряжения +5 В. Передаточная характеристика ИИОН изображена на рис.6.13., частотная на рис.6.14.
Через него протекает большая часть тока от источников тока, входящих в ИМС, равного 2 мА. Анализ показал, что ток, протекающий через ИИОН может изменяться в диапазоне от 1.15 до 1.85 мА; из технической документации известно, что ИИОН LM4040-2.5 гарантированно находится в режиме стабилизации выходного напряжения на номинальном уровне 2.5 В при изменении протекающего через него тока в диапазоне от 70 мкА до 20 мА. Поэтому во всех режимах работы преобразователя питание входящих в него функциональных блоков осуществляется стабилизированным напряжением с номинальным уровнем +5 В.
ИИОН характеризуются:
· Выходное напряжение (напряжение стабилизации);
· Отклонение выходного напряжения от номинального значения;
· Температурный коэффициент выходного напряжения (температурный дрейф);
· Температурный гистерезис;
· Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки;
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.12. Схема моделированного ИИОН в среде моделирования MicroCap
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.13. Переходная характеристика ИИОН
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.14. Частотная характеристика ИИОН
· Зависимость выходного напряжения от напряжения питания;
· Долговременная стабильность;
· Шумы;
· Ток потребления;
Выходное напряжение (напряжение стабилизации)
Подавляющее большинство ИОН имеет выходное напряжение из ряда 1,2-1,25; 2,048; 2,5; 3; 3,3; 4,096; 5 В. Нижняя граница этого ряда близка к ширине запрещенной зоны кремния, другие значения получены соответствующим усилением.
Отклонение выходного напряжения от номинального значения
Это одна из важнейших характеристик ИОН, которая определяет необходимость калибровки и пределы регулировки в собранном устройстве. Если первые микросхемы имели отклонение выходного напряжения от номинального значения до ±4% (TL431), то в последних разработках лазерной подгонкой значение этого параметра доведено до ±0,02% (MAX6126). Некоторые из ИОН имеют вывод подстройки, к которому подключается потенциометр, позволяющий подстроить выходное напряжение к необходимому пользователю значению без ухудшения других характеристик.
Температурный коэффициент выходного напряжения (температурный дрейф)
Не менее важной характеристикой ИОН, а для применения в высокоточной измерительной аппаратуре - зачастую и определяющей, является зависимость выходного напряжения с изменением температуры окружающей среды. Обычным является измерение температурного коэффициента напряжения (ТКН) в млн-1/°C. Такой способ описания температурного дрейфа вполне корректен для стабилитронов, у которых напряжение стабилизации изменяется практически линейно с изменением температуры.
Для интегральных ИОН характерна существенно нелинейная зависимость выходного напряжения от температуры. Существует несколько методик измерения ТКН. Для многих ИОН температурный дрейф нормируется в абсолютных единицах. Часто температурный дрейф ИОН нормируется в нескольких диапазонах температур, что позволяет вполне объективно оценить качество ИОН применительно к конкретным условиям эксплуатации и точностным характеристикам аппаратуры.
Температурный гистерезис
После нагрева или охлаждения ИОН и возвращения его к первоначальной температуре выходное напряжение возвращается к исходному значению с некоторой погрешностью, называемой температурным гистерезисом.
Для прецизионных ИОН последних разработок эта характеристика обязательно приводится в справочных данных. Устранить влияние температурного гистерезиса в высокоточной аппаратуре можно термостатированием ИОН при температуре, заведомо большей максимально возможной температуры эксплуатации устройства, вплоть до термостатирования при транспортировке.
Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки
Зависимость выходного напряжения от тока нагрузки нормируется обычно для всего диапазона рабочих токов (для микромощных ИОН нередко диапазон рабочих токов разбивается на два поддиапазона с отдельным нормированием параметра в каждом поддиапазоне).
Зависимость выходного напряжения от напряжения питания
Для ИОН нормируется зависимость выходного напряжения от напряжения питания в мкВ/В, %/В, либо в абсолютных единицах при изменении напряжения питания в допустимых пределах. Для получения максимальной точности аппаратуры рекомендуется питать ИОН стабилизированным напряжением.
Долговременная стабильность
Выходное напряжение ИОН изменяется со временем. Это изменение характеризуется параметром "долговременная стабильность", обычно нормируемым в млн-1/1000 ч при фиксированной, обычно повышенной, температуре. Изменение выходного напряжения со временем имеет нелинейный характер, и вовсе не значит, что через две тысячи часов работы оно будет в два раза больше, чем через 1000 часов. Многократными опытами установлено, что временной дрейф выходного напряжения практически прекращается задолго до достижения 1000-часовой наработки. Улучшить долговременную стабильность можно искусственным старением ИОН, предпочтительно в составе устройства, что позволит стабилизировать характеристики и других компонентов.
Шумы
Шумовые характеристики ИОН нормируются в виде напряжения шумов от пика до пика в частотном диапазоне от 0,1 до 10 Гц, либо в виде среднеквадратичного напряжения шумов в частотном диапазоне от 10 Гц до 10 кГц. Для большинства качественных ИОН в справочных данных приводятся обе величины. Для уменьшения уровня шумов некоторые ИОН (MAX6126) имеют специальный вывод для подключения корректирующей емкости.
Ток потребления
Большое собственное энергопотребление характерно для ИОН на стабилитронах, особенно для микросхем первых разработок (до 12 мА для AD688). Минимальным энергопотреблением отличаются ИОН, изготовленные по КМОП-технологии (0,9 мкА для ISL60002).
3.4.5 Интегральная микросхема (ИМС)
Компания Texas Instruments выпускает ряд интегральных микросхем серий XTRxxx, специально разработанных для преобразования входного информационного сигнала в выходной унифицированный токовый сигнал 4…20 мА. Анализ структурных схем и параметров ИМС серии XTRxxx показал, что в схеме преобразователя целесообразно использовать микросхему типа XTR101, используемую в данном устройстве. ИМС используется как преобразователь напряжения тока. Принципиальная электрическая схема ИМС изображена на рис.6.15.
В состав ИМС XTR101AP входят:
Два источника I1 и I2 фиксированного тока 1 мА;
Дифференциальный усилитель ДУс с Iптду фиксированным током потребления 2 мА;
Источник тока I3, ток покоя ДУс, управляемый выходным напряжением ДУс.
Дифференциальный усилитель (ДУс) состоит из операционных усилителей А1…А3, резисторов R1…R4 и транзистора Q1. Настройка выходного тока регулируется резистором Rпод, ток протекающий через этот резистор вычисляется:
. (3.19)
Этот ток в сочетании с током Iду2формирует ток Iду3:
. (3.20)
Ток Iптду формируется из сочетания токов Iду3 и Iду4 и составляет 2 мА:
. (3.21)
Сопротивление резистора Rпод можно рассчитать из формулы:
, (3.22)
например, при Iвых = 20 мА иДVвхду = 200 мВ: Rпод = 300 Ом.
Микросхема XTR101 характеризуется достаточно большим количеством параметров, однако наибольший практический интерес представляют следующие из них:
Диапазон изменения напряжения питания (напряжения между выводами 7 и 8) составляет от 11,6 В до 40 В;
Типовой и гарантированный коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) равны 100 дБ и 90 дБ соответственно;
Типовой и гарантированный коэффициент влияния нестабильности источника питания (КВНИП) равны 125 дБ и 110 дБ;
Типовой и гарантированный входной ток ДУс равны 60 нА и 150 нА;
Гарантированный диапазон линейного преобразования выходного тока составляет 4…22 мА;
Типовой и максимальный уровни ограничения выходного тока 31 мА и 38 мА.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.15. Принципиальная электрическая схема ИМС
В процессе работы микросхема XTR101AP может рассеивать значительные мощности - порядка 0,7…0,8 Вт в линейном режиме работы и более 1 Вт в режиме ограничения тока. Известно, что существует прямая зависимость между мощностью, рассеиваемой ИМС, и перегревом её кристалла относительно температуры окружающего воздуха. Повышение температуры кристалла имеет следующие негативные последствия:
Снижается надёжность работы ИМС;
Повышается погрешность преобразования входного напряжения в выходной ток, или, другими словами, снижается точность реализации выражения 3.4, которое является математическим описанием идеального процесса преобразования.
Ухудшение точностных параметров аналоговых ИМС при возрастании рассеиваемой ими мощности обусловлено действием тепловой обратной связи.
Разработчики ИМС типа XTR101AP предусмотрели возможность значительного снижения мощности, рассеиваемой микросхемой, путём подключения к ней внешнего n-p-n-транзистора, через который протекает основная часть выходного тока преобразователя. В случае использования внешнего транзистора мощность, рассеваемая ИМС, рассчитывается:
, (3.23)
при Eпит = 24 В, Iвых = 20 мА: PМАХ ? 0,16 Вт.
Получаем мощность, которую ИМС рассевает в конечной точке шкалы преобразования при максимально допустимом напряжении питания. Заметим, что в этом случае внешний транзистор рассеивает мощность приблизительно 0.64 Вт. Изготовитель ИМС рекомендует использовать в схеме преобразователя внешние транзисторы типа TIP29B, TIP31B без дополнительного теплоотвода. Подключение к выводам 1, 2, 14 XTR101AP подстроечного резистора, изображенного в приложение 3, с номиналом 1 МОм позволяет осуществить точную подстройку нулевого напряжения смещения ДУс.
Процедуры калибровки выходного тока 4 и 20 мА осуществляется с помощью подстроечных резисторов R18 и R16 соответственно, изображенные в приложение 3
Подсоединять резистор Rпод необходимо как можно ближе к ИМС, чтобы уменьшить шум от контактов и паразитарные сопротивления.
Напряжение +VCC должно быть обойдено конденсатором с номиналом в 0.01 мкФ, настолько ближе к значению, насколько это возможно (из контакта 8 в контакт 7).
Необходимо всегда держать входное напряжение в пределах диапазона линейных операций, от +4 В до +6 В (Vвхду (3) и Vвхду (4) измеряются относительно контакта 7).
Максимальный уровень входного сигнала (Vвхду) является 1 В при номинале резистора Rпод = ? и пропорционально уменьшается, при уменьшении Rпод.
Всегда необходимо возвращать текущий ток (контакты 10 и 11) на выход (контакт 7) с помощью соответствующего резистора (R5 на рис.6.15.). Если ток не используется для смещения или возбуждения, необходимо отвести его на контакт 7. Каждое протекание должно быть между 0 В и (+VCC - 4 В) относительно вывода 7.
Значение резистора r (рис.6.15.) всегда выбирается (в том числе сопротивление линии), так что бы напряжение между контактами 7 и 8 (+VCC), оставалось в пределах от 11.6 В до 40 В, так же, как изменение диапазона выхода между 4 - 20 мА (как показано на рис.6.16.).
Рекомендуется, использовать диод обратной полярности (Д1 на рис.6.15.). Это позволит предотвратить ущерб XTR101 вызванный после мгновенного (таких, как переходный процесс) или долгосрочного применения неправильной полярности напряжения между контактами 7 и 8.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.6.16. Напряжение питания рабочей области
4. Расчетно-аналитическая часть
4.1 Принципиальная схема интерфейса "токовая петля"
В приложение 3 изображена принципиальная электрическая схема преобразователя тока или интерфейса "токовая петля".
Ранее были рассмотрены и описаны все функциональные блоки интерфейса "токовая петля", теперь нужно рассмотреть те электрические элементы, которые не вошли в моделирование функциональных блоков.
В схеме преобразователя тока используются элементы, которые моделировать не было смысла, т.к. они используются для сглаживания незначительных помех и не влияют на результаты, к таким элементам относятся конденсаторы C1, C6, C13.
Схема работает в двух режимах, подключенная к источнику сигнала и без подключения к источнику сигнала. В качестве сигнала используется напряжение. Для перехода из одного режима в другой используется переключение контактов Х1-Х2 и Х2-Х3. Когда токовая петля не подключена к источнику сигнала, к входу усилителя остается подключенным резистор R1 и постоянная составляющая в 2.5 В, чтобы избежать паразитных сигналов от находящимся поблизости токовых сигналов, которые могут повлечь за собой дезинформацию персонала и нарушение в функционирование прибора. Потенциал в 2.5 В обеспечивает на выходе интерфейса "токовая петля" потенциал тока равный 4 мА, если в схеме будет неисправность и потенциал пропадет, то на выходе вместо 4 мА окажется 0 мА, что проинформирует операторов об неисправности устройства.
В преобразователе рекомендуется использовать следующие компоненты:
Резисторы R2…R6, R16, R18 - прецизионные, с допуском ±1% и ТКС не хуже ±50 Ч 10-6/°C. Остальные постоянные резисторы должны иметь допуск не хуже ±5%;
Конденсаторы С2, С5 - электролитические, с диапазоном рабочих температур - 40…85°С. Конденсатор С3 - керамический с диэлектриком NP0 (COG) и допуском ±5%; С4 - керамический конденсатор большой ёмкости типа GRM31CR61A106KA01L фирмы Murata. Конденсаторы С7 - С12 плёночные типа К73-17 с допуском ±5%. Остальные конденсаторы - керамические типа К10-17 или аналогичные;
Подстроечные резисторы R16, R18 - многооборотные керметные (серии 3269, 3266, 3296 фирмы Bourns);
Вместо интегральной сборки BAS125-04 малосигнальных диодов Шоттки можно использовать сборки MBD330DWT1 или BAT54SLT1;
Преобразователь может эксплуатироваться в следующих условиях:
Диапазон изменения температуры окружающего воздуха - 30…+50°С;
Диапазон изменения напряжения питания 12,5…40 В.
Усилитель сигнала датчика реализует передаточную функцию ФНЧ первого порядка. Верхняя граничная частота фильтра FВЧ по уровню - 3 дБ определятся:
, (3.24)
при R3 = 274 кОм, C3 = 1 нФ: FВЧ = 580.8 Гц. Нижняя граничная частота FНЧ полосы пропускания по уровню - 3 дБ выпрямителя рассчитывается:
, (3.25)
при R4 = 3.65 кОм, C4 = 10 мкФ: FНЧ = 4.360 Гц.
Центральная частота F0 фильтра равна геометрическому среднему частот FВЧ и FНЧ:
, (3.26)
при FВЧ = 580.8 Гц, FНЧ = 4.360 Гц: F0 = 50 Гц.
4.2 Датчики серии 3051
Серия 3051 относится к последнему поколению преобразователей давления серии DPharpEJA.
DPharp - это серия высокоточных интеллектуальных преобразователей давления. Приборы относятся к интеллектуальной серии, поддерживающей двусторонний обмен информацией по BRAIN - или HART - протоколу. Благодаря этому пользователь имеет возможность сам сконфигурировать основные параметры измерения давления и настроить выходной сигнал. Датчики серии EJA и EJX обладают всеми функциями современных интеллектуальных датчиков. Отличительной особенностью преобразователей серий EJA и EJX является принцип измерения давления: в качестве чувствительного элемента в них используется кремниевый механический резонатор - уникальная разработка фирмы Иокогава.
Кремниевый резонатор представляет собой параллелепипед плоской формы, защищенный герметичной капсулой и интегрированный в плоскость кремниевой мембраны. При изготовлении чувствительных элементов применяются самые современные технологи роста кристаллов, благодаря чему вся эта сложная структура получается с единой монокристаллической решеткой.
До недавнего времени чувствительным элементом преобразователей давления служили тензодатчики, собранные по мостовой схеме, в которых разбаланс измерительного моста преобразуется электронным преобразователем в токовый унифицированный сигнал.
Данный принцип получения сигнала в сенсорах (чувствительных элементах), несмотря на применение высокостабильных материалов, не обеспечивает стабильности преобразования, т.е. показатель основной погрешности "плывет" в процессе работы, что требует периодической (примерно раз в год) калибровки датчика.
В новом поколении преобразователей давления, совместно с применением микропроцессоров, используется другой принцип получения сигнала. Чувствительным элементом является искусственный монокристалл кремния, частота генерации которого изменяется в зависимости от величины приложенного давления.
Цифровой принцип нового сенсора, использующего частоту в качестве измеряемого сигнала, обеспечивает лучшую повторяемость и стабильность во времени, чем аналоговый, и имеет природный "иммунитет" к влиянию температуры, статического давления, вибрации и перегрузок по давлению. Это позволяет увеличить межповерочный интервал до 5 лет (снижение затрат на поверку), а применение цифровых протоколов обмена данных позволяет проводить удаленную настройку и конфигурирование датчиков давления.
Стабильность характеристик преобразователей нового типа показана на графике сравнения частоты калибровок на рис.8.1, обычный датчик давления требует калибровки каждые 9 - 12 месяцев. У датчиков нового типа отсутствует необходимость в калибровке в течение 60 месяцев.
Новая линейка датчиков давления и перепада давления - серия EJX используют тот же "частотно-резонансный" принцип преобразования давления в частотный сигнал на базе кремниевого кристалла (DPHarp технология).
При этом в серии EJX существенно изменена конструкция капсулы, благодаря чему значительно уменьшено время отклика (теперь оно составляет 95 мсек - EJX - самый быстрый интеллектуальный датчик!!!). Кроме того переработана электроника (теперь она полностью резервирована даже для стандартных базовых исполнений), добавлены функции, улучшена точность. Вся линейка EJX стандартно сертифицирована по TUV на уровень безопасности SIL2.
Серия EJX почти полностью перекрывает модельный ряд EJA и вводит еще ряд новых моделей, таких как многопараметрический датчик EJX910A.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.8.1 Сравнение частоты калибровок
4.2.1 Принцип действия
Преобразователь служит для измерения давления газа, пара или жидкости и обеспечивает непрерывное преобразование измеряемого параметра в унифицированный линейно изменяющийся токовый сигнал.
Встроенные функции самодиагностики позволяют непрерывно отслеживать исправность прибора и нахождение процесса в допустимых пределах.
Датчики серии EJA внесены в Госреестр и имеются все Российские сертификаты, разрешающие их применение в Российской Федерации.
При изготовлении чувствительных элементов изображенного на рис.8.2 применяются самые современные технологи роста кристаллов, благодаря чему вся эта сложная структура получается с единой монокристаллической решеткой. Кремниевый резонатор Dpharp (резонансная система) интегрирован в плоскость кремниевой мембраны. Возбуждение системы производится электромагнитным полем. Собственная частота поперечных колебаний резонаторов без нагрузки составляет несколько десятков килогерц.
Измеряемое давление действует на кремниевую мембрану, вызывая ее прогиб. Асимметричное расположение резонаторов относительно центра мембраны приводит к тому, что при ее прогибе один резонатор подвергается растяжению, а другой сжатию, что приводит к увеличению разницы (от 0 до десятков килогерц) между частотами собственных колебаний резонаторов.
Характеристика резонаторов и мембраны подобраны таким образом, что снимаемая разностная частота линейно пропорциональна измеряемому давлению в широком диапазоне изменения давления, что позволяет в одном приборе производить перестройку диапазона до соотношения 1: 100.
Применение метода на основе резонанса позволило измерять как избыточное, так и абсолютное давление и разность давления а также повысило чувствительность прибора в 4 раза по сравнению со способами тензометрии.
Номинальная функция преобразователя датчика рассчитывается:
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.8.2 Чувствительный элемент DPHarp. Схема перевода механических колебаний в электрические - колебания в электрическом контуре в точности соответствуют собственным механическим колебаниям резонатора.
, (3.27)
где IВых - расчетное значение выходного токового сигнала, соответствующее измеряемому давлению Р1 (приложение 1), мА;
Iмакс - наибольшее предельное значение выходного токового сигнала, мА;
I0 - наименьшее предельное значение выходного токового сигнала, мА;
P1 - значение измеряемого давления, обозначенное на рис.4., МПа (кПа), (кг/см2);
P2 - верхний предел измерения избыточного давления, обозначенное на приложение 1, МПа (кПа), (кг/см2).
Датчик имеет линейно возрастающую характеристику токового сигнала изображенную на рис.8.3.
Минимальное значение питания датчика указывается на табличке (шильдике) датчика.
Величина сопротивления нагрузки для выходного токового сигнала 4-20 мА определяется:
, (3.28)
при Uпит = 24 В, Uмин = 10.5 В: RН ? 620 Ом,
где Rн - сопротивление нагрузки, Ом;
Uпит - напряжение питания, В;
Uмин - минимальное напряжение питания, В.
При этом приведенная погрешность датчика при любом напряжении, лежащем в диапазоне от минимального до максимального напряжения питания, не превышает предела допускаемой основной приведенной погрешности датчика.
Соединение с источником питания и нагрузкой может осуществляться по 2-х проводной схеме.
Датчик работоспособен для выходного токового сигнала 4-20 мА при сопротивлении нагрузки от 0 до 500 Ом (включая сопротивление соединительных проводов и с учетом напряжения питания).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис.8.3 Характеристика токового сигнала
Сопротивление изоляции между электрическими цепями и корпусом в нормальных условиях не менее 20 МОм.
4.3 Блок токовых входов и регулятора (ТВР)
ТВР предназначен для выполнения функций ввода - вывода и измерения электрических величин - тока, напряжения, получаемых от датчиков или преобразователей, расположенных во взрывоопасных зонах.
ТВР применяется встраиванием в корпуса типового размера 19" технических средств контроля, сигнализации, управления и защиты, объединенных в сеть интерфейсами RS - 485 с аппаратурой верхнего уровня - АСУ, IBM PC, ЭС - 8 и т.п.
Исполнение - взрывозащищенное с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" по ГОСТ Р 51330.10 с маркировкой взрывозащиты [ExibllA] в соответствии с ГОСТ Р 51330.0.
ТВР должен сохранять работоспособность при следующих параметрах линий связи интерфейса RS - 485:
Длина, не более - 1200 м;
Емкость, не более - 50 нФ;
Сопротивление, не более - 50 Ом;
Сопротивления изоляции, не менее - 50 кОм.
Тип линии - двухпроводная экранированная витая пара, кабель в экране. Допустимые параметры измерительных линий искробезопасных цепей, не более:
Индуктивность, мГн - 0.15;
Емкость, мкФ - 0.15;
Сопротивление, Ом - 25.
Максимальное удаление токовых датчиков - не более 300 м.
ТВР обеспечивает ввод по интерфейсу RS-485:
Значений предварительных и аварийных уставок регистрируемых параметров по каждому из каналов;
Задание параметра измеряемой величины;
Коэффициента масштабирования отображаемого параметра;
Диапазона входного сигнала;
Единиц измерения параметра;
Режимов управления - при наличии функции регулятора.
ТВР обеспечивает регистрацию и вывод по интерфейсу RS - 485:
Всех зафиксированных повреждений типа КЗ и обрыв измерительных линий;
Переход значений предварительных и аварийных уставок.
ТВР обеспечивает хранение в энергонезависимом ПЗУ введенных значений уставок и поправочных коэффициентов при исчезновении напряжения в питающей сети. ТВР обеспечивает автоматическую диагностику неисправностей с выводом их кодов по интерфейсу RS - 485.
ТВР имеет электрически не связанные (гальванически развязанные) токовые входы и возможность питания токовых датчиков стандарта 4 - 20мА от встроенных источников. ТВР обеспечивает связь с АВУ, в том числе типа IBM PC, по интерфейсу RS - 485 в протоколе Modbus.
При наличии функции регулятора ТВР обеспечивает следующие алгоритмы управления:
Релейный с регулируемом гистерезисом от 0.1 до 20 %;
ПИД.
ТВР имеет:
Для релейного регулятора - два дискретных выхода постоянного тока по 20 мА при напряжении питания +30 В (открытый коллектор транзисторного ключа) относительно "0";
Для ПИД - регулятора - один токовый пропорциональный выход 4 - 20 мА относительно "0" при сопротивлении нагрузки не более 500 Ом.
Питание ТВР должно осуществляться от источника электропитания постоянного тока, удовлетворяющего требованиям ГОСТ Р 51330.10. Диапазон предельно-допустимых значений напряжения питания - 5 В ± 5%, 24 В±10%. Электрическая мощность, потребляемая ТВР, не более 3 Вт.
Время готовности ТВР с момента подачи питания с учетом времени на автоматический контроль исправности - не более 10 сек.
4.3.1 Функциональная схема ТВР
В приложение 6 изображена функциональная схема ТВР. ТВР выполнен в виде стандартного модуля расширения, который встраивается в различные приборы, системы или комплексы технических средств, различающихся между собой конструкцией, сочетанием и количеством блоков.
Через защитно-монтажную планку выведены разъемы и клеммники для подключения входных и выходных сигналов. В приложение 5 показан пример подключение ТВР к датчику.
Принцип действия ТВР основан на аналого-цифровом преобразовании сигналов от различных источников постоянного тока и напряжения и вводе - выводе данных по интерфейсу RS-485.
В состав ТВР входит микроконтроллер, энергонезависимое ПЗУ и 4 канала 16 - битных АЦП с последовательным доступом. ТВР имеет 4 гальванически развязанных искробезопасных входа, гальванически развязанный интерфейс RS-485, а также токовый выход для обеспечения функции ПИД - регулятора.
Все настройки и данные калибровки хранятся в энергонезависимом ПЗУ - EEPROM. ТВР имеет свой сетевой адрес, записываемый в EEPROM типа 24LC04B.
Входной ток преобразуется в напряжение 0.2,5 В и поступает на вход АЦП. АЦП имеет последовательный интерфейс для связи с микроконтроллером. Сигналы управления, идущие к АЦП, гальванически развязаны от микроконтроллера.
Микроконтроллер управляет работой и обеспечивает чтение данных АЦП, чтение/запись данных в EEPROM, обработку и ввод - вывод данных по интерфейсу RS-485. В качестве микроконтроллера применена микросхема PIC17C44.
ТВР может работать в диапазонах 0 - 5 мА, 0 - 20 мА, 4 - 20 мА, 0 - 5 В. Каждый вход может быть настроен на любой диапазон. Все настройки проводятся через меню настройки АВУ.
Входной токовый сигнал представляется в качестве значения, лежащего в пределах [Z1, Z2], где значение Z1 соответствует минимальному входному току (0,0,4 мА), а Z2 - максимальному входному току (5, 20,20 мА). Значения Z1, Z2 программируются через меню настройки АВУ в пределах [-9999, 9999].
Для точной работы АЦП должны быть откалиброваны. Калибровка проводится через меню настройки АВУ. Данные калибровки АЦП, значения Z1, Z2 записываются в EEPROM.
Микроконтроллер передает данные в АВУ через ГР интерфейс RS - 485. Скорость передачи данных программируются через меню настройки АВУ и может принимать значения 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 57600 бод. При включении ТВР микроконтроллер проводит внутренний тест, проверяет данные в EEPROM. При искажении информации в EEPROM или другой неисправности микроконтроллер выводит сообщение об ошибке. В случае неисправности АЦП, неисправности микросхем EEPROM, искажении информации в EEPROM и неисправности самого микроконтроллера в АВУ выдается сообщение об ошибке. Через меню настройки АВУ доступен просмотр состояния ТВР. Микроконтроллер одновременно обрабатывает информацию 4 каналов АЦП. При сбое работы одной из микросхем АЦП, в течение 200 мсек происходит ожидание готовности микросхемы, после чего происходит перезапуск АЦП. Перезапуск заключается в снятии напряжения питания с АЦП. Питание на АЦП поступает через нормально замкнутые контакты реле, которые размыкаются под управлением микроконтроллера. После снятия питания с АЦП отрабатывается пауза 1 сек. После чего питание снова подается. Процесс перезапуска занимает время до 2 секунд, но происходит он только при сбое АЦП. При неисправности микросхемы АЦП, несколько раз проводится перезапуск, после чего канал с неисправной микросхемой отключается, в АВУ выдается сообщение об ошибке.
АЦП гальванически развязаны от микроконтроллера через модуль ГР ТВР. Модуль обеспечивает развязку 4 каналов АЦП от микроконтроллера, обеспечивает питание микросхем АЦП, двухстороннюю передачу данных от микроконтроллера к АЦП и обратно через оптронную развязку.
Также присутствует модель преобразования ГР - 485. Модуль обеспечивает преобразование RS - 232 в RS - 485. Модификация с модулем ГР - 485 называется удаленной ТВР, без него - не удаленная ТВР.
Сигнал поступающий на АЦП преобразуется в цифровой сигнал, через гальваническую развязку и под управлением пик - контроллера сигнал превращается из цифрового в аналоговый, и с помощью этого сигнала происходит калибровка входа аналогового сигнала, для поддержания достоверного результата о состоянии измерений.
4.3.2 Релейный регулятор
Структурная схема релейного регулятора приведена в приложение 7.
Регулятор имеет два входа, к которым подключаются датчики объекта регулирования. Датчики должны формировать сигнал постоянного тока 0 - 5 мА, 0 - 20 мА, 4 - 20 мА или напряжение 0 - 5 В.
Сигнал K1 формируется, если сигнал, поступающий на канал 0 платы ТВР выше уровня верхней уставки канала 0 и сигнал, поступающий на канал 1 ниже уровня нижней уставки канала 1.
Сигнал K2 формируется, если сигнал, поступающий на канал 0 платы ТВР ниже уровня нижней уставки канала 0 и сигнал, поступающий на канал 1 выше уровня верхней уставки канала 1.
Значения уставок программируются пользователем через меню настройки.
Компараторы 1, 3 формируют сигнал логическая 1, если входной сигнал выше уставок.
Компараторы 2, 4 формируют сигналы логическая 1, если входной сигнал ниже уставок.
4.3.3 ПИД регулятор
Структурная схема ПИД регулятора изображена в приложение 8.
Регулятор имеет два входа, к которым подключаются датчики объекта регулирования. Датчики должны формировать сигнал постоянного тока 0 - 5 мА, 0 - 20 мА, 4 - 20 мА или напряжение 0 - 5 В.
Входной сигнал преобразуется в числовые значения, лежащие в диапазоне [Value_min. Valie_high]. Нижнее значение соответствует минимуму входного напряжения или тока, верхнее значение - максимуму. Величины (Value_min) и (Valie_high) находятся в диапазоне [-9999.9999] и программируются пользователем через меню настройки.
Входами регулятора являются входы каналов 0 и 1 платы ТВР. Канал 0 является обратным входом регулятора, канал 1 - прямым. Оба канала имеют нижнюю и верхнюю уставки, которые программируются пользователем через меню настройки. Значения уставок могут принимать значения [-9999.9999].
При снижении уровня сигнала ниже нижней уставки или превышении верхней уставки, формируются сигналы рассогласования. Сигналы a1 и a2 являются выходными значениями сигналов датчика 0 и датчика 1 и входными для каналов 0 и 1 регулятора. При снижении значения входного сигнала канала 0 ниже нижней уставки канала 0 модулем A1 формируется рассогласование b1, которое вычисляется исходя из разности входного значения сигнала с уставкой и шириной зоны регулирования. Численное значение b1 лежит в пределах [0.1]. При рассогласовании большим ширины зоны, величина b1 принимает максимальное значение. Аналогично вычисляются рассогласования b2, b3, b4.
b1 = (a1 - High_0) /Z1, (3.29)
при a1 > High_0;
b2 = (Low_0 - a1) /Z1, (3.30)
при a1 < Low_0;
b3 = (a2 - High_1) / Z2, (3.31)
при a2 > High_1;
b4 = (Low_1 - a2) / Z2, (3.32)
при a2 < Low_1,где: High_0, Low_0 - верхняя и нижняя уставки канала 0;
High_1, Low_1 - верхняя и нижняя уставки канала 1;
Z1 - ширина зоны регулирования канала 0;
Z2 - ширина зоны регулирования канала 1.
Сигналы b2 и b3 поступают на селектор max сигнала A5, где выделяется сигнал c1. Сигналы b1 и b4 поступают на селектор min сигнала A6, где выделяется меньший сигнал c2. При правильной настройке регулятора могут возникать сигналы либо с1, либо c2, так как невозможно одновременное падение сигнала на входе канала 0 и возрастание сигнала на входе канала 1.
Из сигналов c1 и c2 на селектор max сигнала A7 выделяется больший - фактически один из них равен нулю, и поступает на ПИД - звено A8, где к нему добавляется интегральная составляющая, дифференциальная составляющая, смещение. Полученный результат умножается на пропорциональную составляющую и поступает на выход устройства (e) в виде тока 4.20 мА. Постоянные времени интегрирования, дифференцирования, величина смещения и пропорциональная составляющая программируются пользователем.
На входе ПИД - звена присутствует сигнал d, который может принимать значения [0.1]. Интегральная составляющая I рассчитывается следующим образом:
I>d на величину, не превышающую значение STEP_I за единицу времени, равную 20 мсек. STEP_I - параметр, определяющий постоянную времени интегрирующего звена. Его величина может быть запрограммирована пользователем через меню настройки и может принимать значения [0 - 0.9999]. Таким образом при входном сигнале d, интегральная составляющая может принимать значения [0.1]. На рис.9.1 показано реакция интегральной составляющей на входной сигнал.
Дифференциальная составляющая D зависит от изменения величины входного сигнала и стремится к 0 на величину, не превышающую STEP_D за единицу времени, равную 20 мсек и D>0, рис.9.1.:
D = D + d ± STEP_D. (3.33)
Таким образом, при изменении входного сигнала d в пределах [0.1], дифференциальная составляющая может принимать значения [-1 … 1].
Следующей операцией является сложение входного сигнала d (пропорциональной составляющей сигнала) с интегральной I и дифференциальной D составляющей, а также со смещением E, лежащим в пределах [-1 … 1], которое также программируется пользователем через меню настройки и рассчитывается:
F = d +1 + D + E. (3.34)
Полученная величина F может принимать значения [-2.4], в зависимости от величины смещения E и настроек временных параметров интегрирующего и дифференцирующего звеньев. Далее отрицательные значения F ограничиваются на уровне 0. В результате имеем изменение величины F в пределах [0.4].
Полученное таким образом значение F умножаем на коэффициент пропорциональности P, принимающим значения [0.9.999], который программируется пользователем через меню настройки и рассчитывается:
G = F•P, (3.35)
при G = 0 выходной ток регулятора равен 4 мА;
при G = 2 выходной ток равен 20 мА;
при G > 2 выходной ток ограничивается (на уровне 21 мА).
Выходной ток регулятора рассчитывается:
i = 4 + 16•a, (3.36)
где a = (P/1000) • (R + INT + DIF + N/10000) /2;
Рис.9.1 Интегральная и дифференциальная составляющие
INT, DIF - интегральная и дифференциальная составляющая;
R - величина рассогласования (в пределах [0.1]);
N - вводимое оператором значение смещения (-9999.9999);
P - коэффициент пропорциональности, вводимый оператором (0.9999).
Временные параметры интегральной составляющей и дифференциальной составляющей (STEP_I и STEP_D) равны:
STEP_D = Kd / 10000, (3.37)
STEP_I = Ki / 10000, (3.38)
где Kd - вводимое оператором значение "Дифференциальная составляющая" Kd, изменяющаяся в пределах [0.9999] и Ki - вводимое оператором значение "Интегральная составляющая" Ki, изменяющаяся в пределах [0.9999].
4.4 Расчет надежности
4.4.1 Основные понятия
Надежностью называется свойство изделий выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в установленных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.
Надежность характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью изделий.
Безотказность - свойство объекта сохранять свою работоспособность в течение заданного времени.
Долговечность - свойство объекта оставаться работоспособным до наступления предельного состояния, когда его эксплуатация становится невозможной по техническим, экономическим причинам, условиям техники безопасности или необходимости капитального ремонта.
Под ремонтопригодностью понимают свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению неисправностей и отказов, и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение, и после хранения (транспортировки) и технического обслуживания.
Восстанавливаемость - свойство изделия, обеспечивающее возможность полного или частичного восстановления его работоспособности или исправности.
Событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия, называется отказом.
Итак, расчет надежности заключается в определении показателей надежности проектируемого устройства по известным характеристикам надежности составляющих элементов конструкции и компонентов схемы с учетом условий эксплуатации. Для расчета надежности необходимо иметь логическую модель безотказной работы устройства. При ее составлении предполагается, что отказы элементов и компонентов независимы, а элементы компоненты и устройство в целом могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособным.
Элемент или компонент, при отказе которого отказывает все устройство, считается последовательно соединенным на логической схеме надежности. Элемент или компонент, отказ которого не приводит к отказу устройства, считается включенным параллельно.
Для простейших в функционально - логическом отношении объектов схема расчета представляет собой основное, или последовательное соединение элементов.
Для более сложных систем, состоящих из нескольких частей, отказ которых по разному отражается на работоспособности всей системы, или которые работают не одновременно с друг другом такая простейшая схема не всегда подходит.
Целесообразно будет в такой ситуации разделить объект на несколько самостоятельных элементов расчета либо по функциональному, либо по временному, либо по какому - то другому принципу. Проведя расчет по каждому из этих элементов, можно пересчитать их результаты в параметры надежности всего объекта, либо рассматривать их как комплексную его характеристику.
4.4.2 Формулировка понятия отказа
Все современные датчики или преобразователи давления состоят из двух основных частей. Это механическая часть и электронная. Механическая состоит из приемной камеры, механизма измерения и залитое все полностью компаундом для защиты блока электроники. Электроника состоит из элементов преобразующих механическую энергию в электрическую (обычно это несколько преобразователей, за исключением микропроцессора и цифрового интерфейса ("дисплей") отображающего результат).
Важнейшим преобразователем является интерфейс "токовая петля", обеспечивающая преобразование механическую энергию в унифицированный токовый сигнал, широко использующийся в промышленности. Функционирование преобразователя зависит как и от механической части, так и от электронной. В свою очередь механическая часть обеспечивает защиту электроники от воздействия давления и для измерения его, а электроника для преобразования давления и доведения точной и достоверной информации до оператора. При неверной информации с интерфейса "токовая петля" нарушается работа всей система по добычи и контроля перекачки нефти. Поэтому, при расчете надежности преобразователя, можно иметь ввиду расчет надежности интерфейса "токовая петля".
В результате разработки, для примера был взят готовый преобразователь давления у которого присутствовали показатели надежности средней наработки на отказ около 100000 часов и 12 лет, что составляет среднюю наработку на отказ 96768 часов.
Отказ любого элемента приводил к нарушению работоспособности целой системы, следовательно, эти устройства на логической схеме надёжности можно представить в виде последовательного (основного) соединения элементов. Устройства, не подлежащие замене или не приводящие к отказу всей системы, на логической схеме надёжности считаются подключенными параллельно.
Разработанный интерфейс "токовая петля" состоит из следующих электрических элементов:
Резисторы 18 шт;
Конденсаторы 15 шт;
Диоды 5 шт;
Операционные усилители 4 шт;
Транзисторы 1 шт;
ИМС 1 шт.
Под отказом элементов, составляющих основное соединение, понимается нарушение их работоспособности, приводящее к выходу системы управления из строя.
Вывод из строя операционных усилителей приведет к выводу из строя всего устройства. Нарушение работоспособности операционного усилителя возможно при увеличении проходящего через него тока или напряжения, а также при нарушении напряжения питания. Нарушение работоспособности диодных и стабилитронных сборок приведет к выводу устройства из строя. ИМС подключается в устройстве со своими внешними элементами для настройки точных результатов на выходе устройства, а также для защиты от нарушения работоспособности. Нарушение работоспособности ИМС может произойти из-за нарушения работоспособности любого элемента, входящих в его состав. Нарушение работоспособности транзистора VT1 приведет к тому, что через ИМС будет протекать полный ток, что приведет к перегреву кристалла и к выходу из строя как ИМС так и всего устройства. Так же при нарушении работоспособности ограничивающего диода VD2 и из-за неправильного подключения питания, может произойти переполюсовка контактов, что приведет к выводу ИМС из строя и всего устройства. При выходе из строя резистора R17 нарушится значение напряжения смещения, использующееся в качестве напряжения питания операционных усилителей, и при нарушении работоспособности конденсаторов C14 и C15. Также нарушить работоспособность устройства могут следующие элементы: резисторы R2…R6, R9…R12; конденсаторы C4 C8…C11.
Подобные документы
Использование серийных микропроцессорных датчиков давления серии "МЕТРАН" вразработке математической модели датчика давления и реализации ее в системах измерения давления. Аналогово-цифровой преобразователь системы: параметры структурных составляющих.
курсовая работа [32,0 K], добавлен 27.02.2009Особенности эксплуатации приборов для измерения давления в управлении технологическими процессами и обеспечении безопасности производства. Назначение и классификация приборов; принцип работы манометров, вакуумметров, барометров, тягометров, датчиков.
презентация [288,6 K], добавлен 08.10.2013Общие сведения о микроконтроллере ADuC812, его функциональная блок-схема. Использование памяти данных. Пример процесса побайтного программирования. Векторы прерываний и уровни приоритетов. Выбор датчиков давления и влажности. Параметры контроллера экрана.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.11.2010Тензорезистивный датчик давления. Схема тарировки датчика. Проверка влияния электромагнитной помехи на показания устройства. Принципиальная схема зажигания разряда. Уравнение зависимости давления от напряжения на датчике. влияние разряда на показания.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 29.12.2012Емкостные датчики измерения влажности: требования и функции. Технические характеристики датчика измерения температуры. Устройство и принцип работы датчиков измерения качества воздуха, основные требования в соответствии с условиями их эксплуатации.
реферат [968,1 K], добавлен 17.06.2014Разработка датчика для измерения давления, развиваемого мощными энергетическими установками и агрегатами выдачи сигнала, пропорционального давлению на вход системы автоматического регулирования. Анализ работоспособности датчика и преобразователя энергии.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.07.2014Методы измерения давления с помощью пьезорезистивного датчика Siemens KPY 43A № 35, определение его калибровочной зависимости и выполнение тарировки. Влияние электромагнитной помехи на показания датчика. Образцовый ртутный манометр, весы рейтерного типа.
контрольная работа [854,3 K], добавлен 29.12.2012Требования к реакции, надежности, компактности, чувствительности датчиков давления. Влияние электромагнитной помехи на показания пьезорезистивного датчика давления. Измерение атмосферного давления с помощью манометра. Калибровка пьезорезистивного датчика.
контрольная работа [593,3 K], добавлен 29.12.2012Описание котла как объекта регулирования давления пара. Принципиальная, функциональная и структурная схема регулятора, его передаточная функция, уравнение динамики и статики. Расчет исполнительного механизма. Схема установки с комбинированным отоплением.
курсовая работа [10,4 M], добавлен 05.04.2016Измерительные информационные системы (ИИС) являются симбиозом аппаратных средств и алгоритмов обработки измерительной информации. Рассмотрение различных первичных измерительных преобразователей (датчиков) в ИИС. Классификационные признаки датчиков.
контрольная работа [440,1 K], добавлен 20.02.2011
