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 16.12.2012Функциональная 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 28.09.2012Проект 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 04.04.2012Принцип 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 13.11.2011Принципиальная 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 26.01.2010Структурная 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 16.01.2014Расчет 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 17.04.2015Принципиальная электрическая преобразователя частоты. Расчет трехфазного транзисторного инвертора. Основные параметры конденсатора. Сопротивление фазы трансформатора. Выбор коммутационной и защитной аппаратуры. Внешний вид предохранителей и реле тока.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 07.01.2015Измерительный канал и канал формирования испытательных сигналов. Погрешность оценки амплитудных значений на выходе измерительного канала. Диапазон формируемых системой гармонических испытательных сигналов. Структурная и функциональная схема измерителя.
курсовая работа [311,2 K], добавлен 05.01.2014Принципиальная электрическая схема четырёхплечего неравновесного измерительного моста постоянного тока. Исследование чувствительности по напряжению мостовых измерительных схем постоянного напряжения, параметры при исследовании чувствительности схемы.
лабораторная работа [345,5 K], добавлен 03.12.2009
