Измерительный канал бесконтактного датчика тока

Функциональная схема измеряемого канала. Выбор первичного преобразователя. Операционный усилитель, фильтр верхних частот, реле и источник питания. Принципиальная схема измерительного канала. Уровень выходного сигнала. Конструкция датчиков тока.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 20.04.2014
Размер файла 1,2 M

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Судовой Автоматики и Измерений

Курсовой проект по дисциплине

«Первичные преобразователи»

На тему: «Измерительный канал бесконтактного датчика тока»

Выполнил: студент гр. 2480 _______________________ Антонов.А.В.

Проверил: Профессор. _______________________ Хруцкий О.В.

Санкт-Петербург

2014

Содержание

Задание

Введение

Реферат

1. Функциональная схема измеряемого канала

2. Выбор первичного преобразователя

3. Операционный усилитель

4. Фильтр верхних частот.

5. Реле

6 Световая индификация

7. Источник питания

8. Принципиальная схема измерительного канала

Вывод

Список использованной литературы

Задание

- Бесконтактный датчик тока

- Диапазон измерения параметра I=(1ч10)A

- Значение уставки <=1A;>=10A

- Уровень выходного сигнала U=(1ч5) В;

- Фильтрация ПФ-3 fc1=40Гц;fc2=110Гц

- Выход на зелённый и красные светодиоды (уровень)

Ключевые слова: первичный преобразователь, принципиальная схема, индикаторное устройство, датчик, функциональная схема.

В курсовом проекте присутствуют рисунки, таблицы, графики.

Введение

Объектом исследования, в данной работе, является измерительный канал датчика температуры корпуса электродвигателя.

Цель работы заключаются в том, чтобы составить функциональную схему канала, поясняющую логику и характер операций выполняемых отдельными функциональными устройствами. Выбрать первичный преобразователь (на основании исходных данных), а также рассмотреть принцип действия первичного преобразователя и его конструктивные особенности. В курсовом проекте необходимо осуществить подбор компонентов измерительного канала и произвести расчет функциональных устройств. А также составить принципиальную схему измерительного канала.

Реферат

Бесконтактный датчик-электронный прибор для бесконтактной регистрации наличия или отсутствия определенного класса объектов в зоне своего действия.

Бесконтактный включатель осуществляет коммутационную операцию при попадании объекта воздействия в зону чувствительности включатель. Отсутствие механического контакта между воздействующим объектом и чувствительным элементом ВБ обеспечивает ряд специфических свойств.

Датчики тока предназначены для измерения постоянного или переменного токов с гальванической развязкой силовой цепи и цепей контроля.

Конструкция датчиков тока включает в себя магнитопровод с зазором и компенсационной обмоткой, датчик Холла и электронную плату обработки сигналов. Магниточувствительный датчик Холла закреплен в зазоре магнитопровода и соединен с входом электронного усилителя.

При протекании измеряемого тока по шине, охватываемой магнитопроводом, в последнем наводится магнитная индукция. Датчик Холла, реагирующий на возникшее магнитное поле, вырабатывает напряжение, пропорциональное величине наведенной магнитной индукции. Выходной сигнал с датчика усиливается электронным усилителем и подается в компенсационную обмотку. В результате, по обмотке течет компенсационный ток, пропорциональный измеряемому току по величине и соответствующий ему по форме. Возникающее при этом магнитное поле компенсационной обмотки компенсирует магнитное поле измеряемого тока, и датчик Холла работает как нуль-орган. При этом полоса частот, пропускаемая таким датчиком тока, составляет от 0 Гц (постоянный ток) до 200 кГц.

1. Функциональная схема измеряемого канала

Д - датчик;

У - операционный усилитель;

ПФ-3 полосовой фильтр третьего порядка

Р-реле

СИ-световая индикация

Принцип действия функциональной схемы

С источника питания подается напряжение. Датчик регистрирует силу тока провода и преобразует её в электрический сигнал. Далее сигнал поступает на усилитель, который усиливает сигнал до нужного значения по напряжению. После этого, полученный сигнал проходит через полосовой фильтр третьего порядка (ФВЧ-3), который отсекает верхние и нижние частоты.Сигнал подаёться на реле и если сила тока <=1 тогда загорается зеленный светодиод, если сила тока >=10 тогда загорается красный светодиод.

2. Выбор первичного преобразователя

На основе данных я выбираю датчик тока фирмы Honeywell CSNE381 т.к. он полностью удовлетворяет моим исходным данным.

Рис 1.Датчик тока CSNE381

канал преобразователь датчик фильтр

Характеристики

Тип подключения к измеряемой цепи

бесконтактный

Выход

линейный

Максимальный допустимый ток,А

36

Измерение постоянного тока,Iпост

да

Измерение переменного тока,Iпер.

да

Измерение импульсного тока,Iимп.

да

Ток включения,А

0.25

Ток выключения,А

-

Напряжение питания,В

5

Минимальная чувствительность,мВ/А*виток

-

Время отклика,мс

1

Рабочая температура,С

0...70

Максимальный выходной ток,мА

25

Корпус

CSN

Производитель

Honeywell Inc.

Особенности

· Конкурентная соотношение цена / производительность

· Быстрое реагирование

· Высокая перегрузочная способность

· Малые габариты и вес

Габариты датчика

Рис 2.

3. Операционный усилитель

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) -- усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

В данном курсовом проекте будем использовать усилитель компании «Analog Devices» марки OP297GS.

Рис.3

Технические параметры

Число ОУ в одном корпусе

Архитектура

биполярные транзисторы на входе

Минимальное напряжение питания, В

4

Максимальное напряжение питания, В

40

Ток питания в пересчете на усилитель, мА

0.525

Входное напряжение смещения, мВ

0.08

Входной ток при 25оС, мкА

0

Входной ток смещения, мкА

0

Температурный дрейф нуля, мкВ/оС

0.6

Коэффициент усиления с разомкнутой ОС, дБ

130

Входное сопротивление, МОм

500000

Входная емкость, пФ

3

Коэффициент ослабления синфазной составляющей (КОСС), дБ

135

Граничная частота усиления в малосигнальном режиме, МГц

0.5

Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс

0.15

Температурный диапазон

инд.

Корпус

SO8

4. Полосовой фильтр

Полосно-пропускающий фильтр -- фильтр, который пропускает частоты, находящиеся в некоторой полосе частот.

Полосовой фильтр -- линейная система и может быть представлен в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра высоких частот.

Рис 4. Принципиальная схема фильтра.

Фильтр Баттервомрта -- один из типов электронных фильтров. Фильтры этого класса отличаются от других методом проектирования. Фильтр Баттерворта проектируется так, чтобы его амплитудно-частотная характеристика была максимально гладкой на частотах полосы пропускания.

Рис.5.

Для фильтра Баттерворта 3 порядка АЧХ затухает на -18 дб/декада.

Этот полосовой фильтр состоит из двух активных фильтров высоких и низких частот третьего порядка.

Для того чтобы фильтр низких частот стал фильтром высоких частот нам потребовалось поменять местами R и C.

Для ФНЧ:

C0=1/2пfгр;

С1 = т1С0;

С2 = т2С0;

С3 = т3С0;

т1, т2, т3- берём из таблицы коэффициентов для фильтра Баттерворта 3 порядка.

F=450кГц;

R=10 кОм;

C1=0.63пФ;

C2=1.64пФ;

C3=52.5нФ;

Для ФВЧ:

R0=1/2пfгр;

Rl = R/m1;

R2 = R/m2;

R3 = R/m3;

m1, m2, m3 - берём из таблицы коэффициентов для фильтра Баттерворта 3 порядка.

F=125кГц;

С123=1 пФ;

R1=0.53 кОм;

R2=0.49 кОм;

R3=3.97 кОм;

5. Реле

Реле - это электромеханическое устройство (переключатель), предназначенное для коммутации электрических цепей при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных величин.

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки.

По заданию необходимо применить электромагнитное реле. Для удобства подключения, воспользуемся переключающим реле. Выбираем реле РЭС60 РС4.569.435-04.01, которое удовлетворяет заданным условиям.

Рис 6 Рис 7

Ток питания обмотки

постоянный

Классификация реле по начальному состоянию

одностабильное

Поляризация

нейтральное

Классификация по числу коммутационных положений

двухпозиционное

Количество обмоток

1

Номинальное рабочее напряжение, В

4

Максимальное рабочее напряжение, В

4,5

Контактный набор

1 перекл.

6. Световая индикация

Светодиод -- это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 -- 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод -- низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

По условию требуется вывести датчик на зеленый и красный светодиоды. Мой выбор остановился на светодиодах марки АЛ307БМ и АЛ307ВМ.

Рис. 8 Светодиод «АЛ307БМ»

Основные технические данные:

Цвет свечения

красный

Длина волны, нм

655

Минимальная сила света Iv мин., мКд

0,9

Максимальная сила света Iv макс., мКд

0,9

При токе Iпр., мА

10

Видимый телесный угол, град

20

Цвет линзы

красный

Форма линзы

круглая

Размер линзы

5

Максимальное прямое напряжение, В

2

Максимальное обратное напряжение, В

2

Максимальный импульсный прямой ток, мА

100

Рабочая температура, С°

-60…70

Рис. 9 «АЛ307ВМ»

Основные технические данные:

Цвет свечения

зеленый

Длина волны, нм

567

Минимальная сила света Iv мин., мКд

0,4

Максимальная сила света Iv макс., мКд

0,4

При токе Iпр., мА

20

Видимый телесный угол, град

20

Цвет линзы

зеленый

Форма линзы

круглая

Размер линзы

5

Максимальное прямое напряжение, В

2,8

Максимальное обратное напряжение, В

2

Максимальный импульсный прямой ток, мА

60

Рабочая температура, С°

-60…70

R=(Uвх-Uвых)/Iн

R=950 Ом

Рис 10. Схема подключения светодиода.

6. Источник питания

В качестве источника питания, мы используем регулируемый блок питания фирмы «Velleman».

Рис.11. PS2122LE

Описание:

Встроенный сетевой выключатель.

Защита от короткого замыкания и перегрузки.

Выходные напряжения: 3 - 4,5 - 6 - 7,5 - 9 - 12В.

Максимальный ток нагрузки: 2А.

Размеры корпуса: 155 х 95 х 71мм.

Вес: 1,35кг.

Технические параметры:

Выходное напряжение- 12 В.

Выходной ток- 1.5 А.

10. Принципиальная схема измерительного канала

Рис 12. Описание работы схемы.

С источника питания подается напряжение. Датчик регистрирует и преобразует в электрический сигнал изменение силы тока распространяющуюся в рассматриваемом проводе ,датчик демонстрирует увеличение или уменьшение силы тока.

Далее, идёт усилитель, который увеличивает сигнал по амплитуде , до требуемой величины. После этого, сигнал попадает на полосовой фильтр , который отсекает низкие и высокие частоты. Далее идет реле которое в случае уменьшение силы тока включает первый диод, при увеличение силы тока второй диод. Если не один из диодов не загорелся значит сила тока в пределах нормах.

Вывод

В данном курсовом проекте был рассмотрен измерительный канал безконтактного датчика тока. В первую очередь был выбран по заданным значениям первичный преобразователь и его детальное изучение. Проведена работа по подборке элементов измерительного канала и их реализация. При совмещении полученных знаний я составил принципиальную схему измерительного канала.

Список используемой литературы

1. ТитцеУ. , Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника»;

2. Клаассен К.Б. «Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике»;

3. Аш Ж. с соавторами «Датчики измерительных систем»;

4. Конспект

5. www.platan.ru [2]

6. www.chipdip.ru

7. Wikipedia.org [1]

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Структура измерительного канала, характеристики и параметры его элементов. Методика изучения влияния основных параметров на результаты измерения. Корреляционная функция входного сигнала. Моделирование датчика, усилителя, аналогового фильтра низких частот.

    дипломная работа [4,2 M], добавлен 16.12.2012

  • Функциональная и структурная схема канала регулирования. Синтез регулятора тока и скорости. Статический и динамический расчет системы и переходных процессов. Качество настройки регулятора. Принципиальная электрическая схема якорного канала регулирования.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 28.09.2012

  • Проект измерительного канала с преобразователем перемещения - кода для ротационного фотоэлектрического датчика, обеспечивающего контроль параметров движения рабочего органа по координатам положения и скорости. Расчет разрядной сетки преобразователя.

    лабораторная работа [72,8 K], добавлен 04.04.2012

  • Принцип действия операционного усилителя, определение его свойств параметрами цепи обратной связи. Схема усилителя постоянного тока с нулевыми значениями входного напряжения смещения нуля и выходного напряжения. Активные RC-фильтры нижних, верхних частот.

    курсовая работа [488,7 K], добавлен 13.11.2011

  • Принципиальная схема усилителя-формирователя и блока питания, параметры их элементов. Основные виды фоторезисторов. Вид статической характеристики усилителя формирователя. Принципиальная схема моста постоянного тока с терморезистором и фоторезистором.

    курсовая работа [430,8 K], добавлен 26.01.2010

  • Структурная схема технических средств канала измерения системы. Расчет статической характеристики измерительного канала, погрешностей дискретизации, числа каналов коммутатора, числа разрядов аналого-цифрового преобразователя. Опрос коммутатором каналов.

    контрольная работа [247,6 K], добавлен 16.01.2014

  • Расчет и построение внешней диаграммы измерительных уровней канала передачи. Определение мощности, напряжения и абсолютного уровня напряжения и мощности измерительного сигнала на входе первого промежуточного усилителя. Остаточное затухание канала.

    контрольная работа [544,9 K], добавлен 17.04.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.