Мелентьев В.С

Самара

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ АНАЛОГОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

А.Е. СИНИЦЫН

В.С. МЕЛЕНТЬЕВ Ю.М. ИВАНОВ

Учебно-методическое пособие по дисциплине
«Основы проектирования приборов и систем»

Самарский государственный технический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а «Информационно-измерительная техника»

В.С. МЕЛЕНТЬЕВ
Ю.М. ИВАНОВ

А.Е. СИНИЦЫН

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ АНАЛОГОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Учебно-методическое пособие по дисциплине
«Основы проектирования приборов и систем»

Самара, 2013

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

УДК 621. 317

М 47

Проектирование и расчет аналоговых измерительных преобразователей: учебно-методическое пособие по дисциплине «Основы проектирования приборов и систем» / В.С. Мелентьев, Ю.М. Иванов, А.Е. Синицын. – Изд. 2-е, испр. и дополн. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. – 81 с.

Рассматриваются основные этапы курсового проектирования и требования, предъявляемые к оформлению проекта. Приведены примеры проектирования и расчета аналоговых измерительных преобразователей. Содержатся варианты индивидуальных заданий на проектирование.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению бакалавриата 200100 «Приборостроение» (профиль «Информационно-измерительная техника и технологии»).

Рецензент д-р техн. наук, профессор В.И. Батищев

УДК 621. 317

М 47

© В.С. Мелентьев, Ю.М. Иванов,

А.Е. Синицын

© Самарский государственный

технический университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Целями освоения дисциплины являются изучение принципов построения приборов и систем и привитие навыков их проектирования, конструирования и разработки проектно-конструкторской документации.

Изучение дисциплины связано с получением основных сведений о физических основах и принципах построения приборов и систем и перспективах их развития, о теоретических и практических основах расчета, проектирования и конструирования электронных измерительных средств и оформления проектно-конструкторской документации для изделий приборостроительной отрасли [1].

В результате изучения дисциплины студент должен:

- знать принципы построения современных приборов и систем, виды измерительных сигналов, применяемые в приборах, и их характеристики, принципы действия и методы расчета приборов для измерения различных физических величин, основные этапы проектирования, методы и средства автоматизации проектных работ;

- уметь разрабатывать структурно-математические модели процессов, протекающих в приборах, строить характеристики преобразования приборов и систем, анализировать и рассчитывать статические и динамические погрешности, проектировать и конструировать различные типы систем, деталей и узлов на схемотехническом и элементном уровнях с использованием средств компьютерного моделирования, составлять проектную документацию [3];

- владеть навыками проектирования средств измерений для решения конкретных задач измерения, контроля и диагностики, разработки конструкций, создания проектной документации.

Курсовое проектирование имеет целью обучение студентов практическому применению знаний по материалу основных разделов дисциплины «Основы проектирования приборов и систем», формирование у них умения самостоятельной работы по проектированию средств измерений, вооружение практикой моделирования разработанных преобразователей для исследования режимов их работы.

Основными задачами курсового проекта следует считать: развитие у обучаемых навыков научно-исследовательской работы в части описания и формального представления измерительных средств; практическое освоение методологии планирования и проведения экспериментов с машинными моделями; приобретение опыта выработки обоснованных решений; совершенствование приемов работы с научно-технической и нормативной литературой, а также повышение уровня инженерной культуры при разработке проектной документации.

Предлагаемое учебное пособие состоит из четырех разделов. В первом разделе содержатся рекомендации по организации выполнения курсового проекта и защите его результатов. Второй раздел посвящен содержательному наполнению проекта и включает в себя основы теории измерения среднеквадратических сигналов и мощности, типовой пример расчета измерительного преобразователя и моделирования его принципиальной схемы с помощью программы схемотехнического моделирования Multisim. В третьем разделе приведены типовые задания на проведение исследования. Материал четвертого раздела связан с формальными аспектами представления результатов проделанных исследований.

По окончании выполнения и защиты курсового проекта студенты должны уметь комплексно подходить к решению задач проектирования и расчета измерительных приборов и систем на основе системного подхода, разрабатывать и отлаживать машинные модели в современных программно-аппаратных средах, планировать и проводить эксперименты с моделями на компьютере, интерпретировать результаты исследования, обосновывать выводы и предложения, работать с научно-технической и справочной литературой, оформлять документацию в соответствии с требованиями нормативных документов, докладывать основные результаты исследований перед аудиторией.

Курсовой проект призван вести подготовку студентов к итоговой стадии обучения в университете – выполнению выпускной квалификационной работы и вооружить их умением пользоваться таким мощным инструментарием, как современные средства моделирования, для принятия обоснованных решений в последующей практической деятельности.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект выполняется студентами в процессе обучения по направлению 200100 – «Приборостроение» (профиль «Информационно-измерительная техника и технологии») в рамках изучения дисциплины «Основы проектирования приборов и систем» в пятом семестре.

Для руководства деятельностью обучаемых назначается руководитель, который составляет задание на курсовой проект, следит за ходом его выполнения, проводит консультации, оказывает студентам помощь в процессе исследований.

Каждому студенту выдается индивидуальное задание. Проект выполняется во время самостоятельной работы и в процессе консультаций с руководителем. Практическая часть исследований проводится на информационно-вычислительном центре кафедры «Информационно-измерительная техника». При необходимости место работы может выбираться обучаемым самостоятельно.

По окончании исследований студент представляет преподавателю отчет (пояснительную записку) на проверку. При положительном решении преподавателя о результатах выполнения проекта слушатель допускается к защите. На защите он докладывает комиссии о проведенных изысканиях, отвечает на вопросы, поясняет сущность своих решений. По результатам защиты выставляется оценка. Получение неудовлетворительной оценки ведет к выполнению нового проекта или переработке прежнего в сроки, установленные заведующим кафедрой по согласованию с деканатом факультета.

1.1. Этапы выполнения курсового проекта

На выполнение курсового проекта студенту отводится 30 часов самостоятельной работы. Для планирования им своей деятельности и осуществления контроля за ходом выполнения работы со стороны преподавателя рекомендуется следующее распределение времени по этапам.

На первом этапе (4 часа) студенты получают индивидуальные задания, изучают рекомендации по выполнению работы, приступают к анализу задания и его выполнению. Содержание начального этапа исследований составляет уяснение поставленной задачи, подбор необходимой литературы, описание исследуемой структурной схемы измерительного преобразователя, вывод его функции преобразования и функций преобразования отдельных блоков схемы, разработка функциональной схемы преобразователя.

На втором этапе (6 часов) студент на основе исследования известных решений, их корректировки и доработки разрабатывает принципиальную схему измерительного преобразователя в соответствии с его функциональной схемой.

Третий этап (4 часа) заключается в обосновании требований к элементной базе преобразователя, расчете и выборе основных элементов принципиальной схемы на основе анализа справочной литературы и каталогов фирм-производителей.

На четвертом этапе (2 часа) проводится теоретический анализ погрешности преобразователя.

Пятый этап (6 часов) заключается в моделировании разработанной принципиальной схемы с помощью программы схемотехнического моделирования Multisim на компьютере и снятии характеристик в отдельных точках схемы.

Шестой этап (2 часа) посвящен сопоставлению полученных экспериментальных результатов с расчетными характеристиками и корректировке схемы преобразователя. анализу полученных результатов.

Последний этап (6 часов) заключается в оформлении проектной документации и отчета по курсовому проекту, представлении его руководителю и защите.

На консультациях руководитель осуществляет текущий контроль за выполнением работы с целью оказания помощи студентам и выявления отставаний в графике исследований.

1.2. Защита курсового проекта

Завершив теоретические и экспериментальные исследования, а также оформление их результатов, студент представляет руководителю пояснительную записку не позднее, чем за два дня до защиты.

Непосредственная подготовка к защите курсового проекта сводится к написанию тезисов доклада и оформлению иллюстративных материалов. На доклад по материалам проведенных научных изысканий отводится не более 5-7 минут. Рекомендуется такая последовательность изложения:

- тема курсового проекта;

- назначение и основные режимы работы измерительного преобразователя;

- обоснование выбора основных элементов принципиальной схемы измерительного преобразователя;

- анализ результатов машинного моделирования измерительного преобразователя;

- результаты анализа погрешности;

- сопоставление полученных экспериментальных результатов с расчетными характеристиками;

- выводы по результатам выполнения курсового проектирования.

Во время предварительного анализа проекта руководителю, а при защите – членам комиссии должна быть предоставлена возможность ознакомиться с функционирующей моделью измерительного преобразователя.

1.3. Критерии оценки курсового проекта

Оценка качества выполненной работы проводится в два этапа.

На первом этапе на основании анализа пояснительной записки руководитель принимает решение о допуске студента к защите. Допуск осуществляется, если содержание отчета соответствует выданному заданию, представлены все разделы пояснительной записки, в том числе и результаты машинных испытаний, оформление соответствует требованиям стандартов. При нарушении этих формальных требований пояснительная записка с замечаниями руководителя возвращается студенту для доработки и устранения недостатков.

На втором этапе (по результатам защиты) оценка курсового проекта осуществляется по традиционной четырехбалльной системе: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно».

Отлично. Проект выполнен самостоятельно в соответствии с заданием и в полном объеме, полученные результаты интерпретированы применительно к исследуемому объекту, основные положения работы освещены в докладе, ответы на вопросы удовлетворяют членов комиссии, качество оформления пояснительной записки и иллюстративных материалов отвечает предъявляемым требованиям.

Хорошо. Основанием для снижения оценки может служить нечеткое представление сущности и результатов исследований на защите, или затруднения при ответах на вопросы, или недостаточный уровень качества оформления пояснительной записки и иллюстративных материалов, или отсутствие последних.

Удовлетворительно. Дополнительное снижение оценки может быть вызвано выполнением проекта не в полном объеме, или неспособностью студента правильно интерпретировать полученные результаты, или неверными ответами на вопросы по существу проделанной работы.

Неудовлетворительно. Эта оценка выставляется при несамостоятельном выполнении работы, или при неспособности студента пояснить ее основные положения, или в случае фальсификации результатов.

2. СОДЕРЖАНИЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

В ходе выполнения курсового проекта студент должен провести исследование заданной структурной схемы измерительного преобразователя, описать режимы ее работы, разработать принципиальную схему измерительного преобразователя, провести моделирование принципиальной схемы на компьютере и рассчитать погрешности заданных элементов схемы.

2.1. Теоретические основы построения измерительных преобразователей параметров периодических сигналов

2.1.1. Математические модели
и параметры периодических сигналов

Одним из основных элементарных периодических сигналов является синусоидальный (гармонический) сигнал, описываемый моделью вида и имеющий три параметра: амплитуду А, частоту ω (или период Т) и начальную фазу α.

Гармонический сигнал широко используется в измерительной технике для анализа и синтеза измерительных сигналов. Это объясняется тем, что гармонические сигналы инвариантны относительно преобразований, осуществляемых стационарными линейными системами. Если на вход такой системы подан гармонический сигнал, то сигнал на выходе системы остается гармоническим с той же частотой, отличаясь от входного лишь амплитудой и начальной фазой.

Математическая модель сложного периодического сигнала характеризуется условием , где k =1, 2, 3 …. Это означает, что основной параметр сигнала х повторяет свои значения через интервал времени, равный периоду. Чаще всего полигармонические периодические сигналы представляются с помощью элементарных сигналов путем разложения их в ряд Фурье по соответствующим функциям.

Широко распространенные периодические сигналы различной физической природы в большинстве случаев преобразуются в электрические, наиболее удобные для передачи, усиления и сравнения. В свою очередь, среди электрических сигналов одними из наиболее распространенных и удобных для измерения являются электрические напряжения и токи.

Основными информативными параметрами периодических напряжений и токов являются:

– среднеквадратическое значение (СКЗ) напряжения и тока

; (2.1)

; (2.2)

– активная мощность (АМ)

, (2.3)

где u (t), i (t) – мгновенные значения измеряемого напряжения и тока.

В наиболее общем случае при периодическом переменном токе произвольной формы активную мощность определяют как

где U_k, I_k – среднеквадратические значения напряжения и тока k -той гармоники;

φ _k – угол сдвига фаз между k -тыми гармониками напряжения и тока.

В тех случаях, когда для расчета тех или иных элементов цепи важно знать не только мощность, но и наибольшие допускаемые для них ток и напряжение, пользуются понятием полной мощности:

Отношение АМ к полной называют коэффициентом мощности (КМ):

Наряду с понятиями активной и полной мощности пользуются понятием реактивной мощности (РМ):

Рассмотренные параметры напряжений и токов принято называть интегральными характеристиками периодических сигналов.

Для оценки формы кривой сигнала обычно используют следующие коэффициенты:

– коэффициент искажения синусоидальности напряжения

,

где – среднеквадратическое значение высших гармоник;

– коэффициенты k -той гармоники напряжения и тока

; ,

где , – амплитудные значения k -тых гармонических составляющих напряжения и тока;

, – амплитудные значения первых гармоник напряжения и тока.

Качество средств и результатов определения интегральных характеристик периодических сигналов (ИХПС) принято характеризовать указанием их погрешностей.

В наиболее общем случае сигналы напряжения и тока в исследуемой цепи определяются следующими выражениями:

;

,

где ψ _uk, ψ _ik – начальные фазы гармоник напряжения и тока k -того порядка.

Расчетные СКЗ напряжения и тока имеют вид

;

.

Если учитывать ортогональность тригонометрических функций, то

;

.

Аналогично расчетные значения АМ, РМ и КМ составляют величины:

;

;

Относительная погрешность определения СКЗ напряжения и тока

Приведенные погрешности определения АМ, РМ и КМ:

;

где λ_Н – номинальное значение коэффициента мощности, λ_Н =1.

Рассмотренные параметры напряжений и токов принято называть интегральными характеристиками периодических сигналов.

2.1.2. Методы построения аналоговых измерительных
преобразователей интегральных характеристик
периодических сигналов

Рассмотрим основные методы построения аналоговых измерительных преобразователей СКЗ сигналов.

Для того чтобы определить СКЗ напряжения и тока в соответствии с (2.1) и (2.2), требуется провести интегрирование квадрата исследуемого сигнала на интервале времени, соответствующем периоду. Обычно вместо интеграла определяют текущее среднее значение сигналов с помощью фильтра низких частот. Здесь предполагается, что фильтр достаточно хорошо подавляет все гармонические составляющие измеряемого сигнала, а среднее значение сигнала изменяется настолько медленно, что не вызывает динамической погрешности, связанной с инерционностью фильтра. В данном случае СКЗ напряжения

,

где – текущее среднее значение квадрата входного сигнала.

При измерении СКЗ сигнала используют преобразователи как с линейной, так и с квадратичной функцией преобразования, у которых выходной сигнала пропорционален квадрату СКЗ измеряемого сигнала.

Наибольшее распространение получили линейные преобразователи, у которых входной и_х и выходной Y сигналы связаны зависимостью

, (2.4)

где с – некоторый коэффициент.

С точки зрения закона преобразования информации измерительный преобразователь СКЗ сигнала можно представить как вычислительной устройство, выходной сигнал которого связан с сигналом на его входе зависимостью (2.4). Для классификации измерительных преобразователей следует найти все возможные уравнения, относящиеся к классу функций действительного переменного. Как известно, функции действительного переменного можно условно разделить на элементарные и неэлементарные.

В классе неэлементарных функций решение (2.4) могут иметь уравнения вида

, (2.5)

где и – некоторые непрерывные функции.

Естественно, что уравнение (2.5) тем точнее позволяет найти СКЗ сигнала и_х, чем большее число членов функционального ряда учитывается при вычислении Y.

Следует отметить, что всем преобразователям, алгоритм работы которых описывается уравнением (2.5), свойственна методическая погрешность, существенно возрастающая при уменьшении числа слагаемых. Поэтому способы измерения, основанные на решении уравнения (2.5), применяют редко.

Элементарные функции делятся на алгебраические и трансцендентные. Алгебраические функции, в свою очередь, делятся на иррациональные, целые рациональные и дробные рациональные. Трансцендентные функции делятся на показательно-логарифмические и прямые и обратные тригонометрические функции.

Рассмотрим уравнения в классе алгебраических функций, имеющих решение (2.4). Ограничимся степенью величин Y и и_х не выше второй, так как вторая степень входной величины и_х во всех уравнениях обязательна (требуется усреднение квадрата и_х). Решение уравнений с более высокими степенями Y и и_х требует более сложных структурных схем с дополнительными блоками (и присущими им погрешностями). Путем тождественных преобразований уравнения (2.4) в классе алгебраических функций получим новые уравнения. Соответствующие им схемы будут тем проще, чем меньше математических операций требуется производить над величинами Y и и_х, так как для выполнения любой математической операции необходим дополнительный функциональный блок. Поэтому ограничимся рассмотрением уравнений, обе части которых содержат по одному члену. Например, в классе иррациональных функций можно получить уравнения:

; ; ; .

Для реализации этих уравнений можно произвести ряд операций над величинами Y и , т.е. над СКЗ сигнала и_х, а для реализации решения уравнения (2.4) никаких операций над величинами Y и производить не надо.

Учитывая отмеченные ограничения в классе алгебраических функций, кроме уравнения (2.4) получаем еще четыре уравнения:

; (2.6)

; (2.7)

; (2.8)

. (2.9)

Схемы, соответствующие уравнениям (2.4), (2.6) – (2.9), состоят из определенного сочетания блоков умножения, деления, извлечения квадратного корня и усреднения.

2.1.3. Использование интегральных множительных устройств
для реализации основных арифметических операций

В настоящее время имеется широкая номенклатура отечественных и зарубежных множительных устройств в интегральном исполнении [3]. Рассмотрим возможности применения таких схем на примере микросхемы КР525ПС2. Функциональная схема данного множительного устройства представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Функциональная схема множительного устройства

Данное устройство содержит непосредственно множительное устройство МУ и операционный усилитель ОУ, имеет три входа X, Y, Z и один выход. Для устранения смещения нуля по входам X, Y, Z используются внешние переменные резисторы R ₃ ÷ R ₅. Данное устройство может реализовать четырехквадрантное множительное устройство, делительное устройство, квадратирующее и корнеизвлекающее устройства.

Рассмотрим схему четырехквадрантного множительного устройства и ее работу (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Четырехквадрантное множительное устройство

Составим для данной схемы баланс токов

.

Если , то , где – коэффициент передачи МУ. Обычно .

На рис. 2.3 приведена схема квадратирующего устройства.

		Рис. 2.3. Квадратирующее устройство

Составим баланс токов схемы:

.

Напряжение на выходе схемы пропорционально квадрату входного сигнала и при R ₁= R ₂ составляет величину

.

На рис. 2.4 представлена схема делительного устройства.

		Рис. 2.4. Делительное устройство

Баланс токов схемы соответствует следующему выражению:

.

Напряжение на выходе схемы при R ₁= R ₂ пропорционально отношению

.

На рис. 2.5 представлена схема корнеизвлекающего устройства.

Рис. 2.5. Корнеизвлекающее устройство

Составим баланс токов схемы:

.

Напряжение на выходе схемы при R ₁= R ₂

.

2.1.4. Использование логарифмирующих
и антилогарифмирующих устройств для реализации
основных арифметических операций

Для реализации целого ряда математических операций используются логарифмирующие и антилогарифмирующие преобразователи.

Рассмотрим следующую схему включения транзистора (рис. 2.6). Эквивалентная схема транзистора в таком включении имеет вид, представленный на рис. 2.7.

На эквивалентной схеме управляющий переход «база – эмиттер» моделируется диодом, который открыт прямым смещением. Управляющий переход «коллектор – база» обеднен носителями, и его можно моделировать генератором тока. Вольт-амперная характеристика эмиттерного диода с большой степенью точности аппроксимируется экспонентой

,

где – температурный потенциал;

k – постоянная Больцмана;

Т – температура;

q – элементарный заряд;

I_Э – ток эмиттера в рабочей точке;

U_БЭ – управляющее переходом «эмиттер – база» напряжение;

I_S – диффузионный ток утечки перехода «эмиттер – база»;

I_Б – базовый ток транзистора.

	Рис. 2.6. Схем включения транзистора

Пренебрегая единицей, после логарифмирования обеих частей данного равенства и преобразований получим

.

Рассмотрим схему (рис. 2.8).

Напряжение на выходе схемы

,

где U_Д – напряжение на диоде VD.

Так как ток I_S на 3-4 порядка меньше тока через диод, приближенно получим

,

т.е. выходное напряжение схемы пропорционально натуральному логарифму входного сигнала. Таким образом, данная схема выполняет функцию логарифматора.

Рассмотрим следующую схему (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Схема антилогарифматора

После преобразований получим

.

Таким образом, данная схема выполняет функцию антилогарифматора.

С помощью логарифматоров и антилогарифматоров можно реализовать широкий класс функциональных преобразователей.

2.2. Анализ режимов работы измерительного преобразователя

Подготовительный этап. При его проведении уясняется поставленная задача: что дано и что требуется получить в результате исследования. Формулируется цель исследования. Проводится осмысление всех этапов достижения цели.

Описание исследуемой структурной схемы. На этом этапе необходимо описать назначение измерительного преобразователя, входные и выходные величины и диапазоны их изменения, определить назначение и описать работу функциональных блоков, входящих в структурную схему измерительного преобразователя.

Математическое описание объекта. На данном этапе определяются функции преобразования всех блоков структурной схемы измерительного преобразователя и выводится функция преобразования объекта в целом.

Например, для структурной схемы варианта № 1 сигналы на выходах блоков с учетом их функций преобразования будут иметь следующий вид:

– на выходе первого умножителя

;

– на выходе фильтра низких частот ФНЧ

;

– на выходе делителя

;

– на выходе второго умножителя

;

– на выходе измерительного преобразователя

,

где , , , , – коэффициенты преобразования (передачи) первого и второго умножителей, фильтра низких частот, делителя и выходного операционного усилителя соответственно; – опорное напряжение.

Так как , можно записать, что , следовательно, .

Отсюда .

Решая данное выражение относительно , получим

.

Из предыдущего выражения следует

.

Расчет масштабных коэффициентов [4]. Коэффициенты определяются с целью получения требуемого в задании соотношения между входными и выходными величинами. Целесообразно производить расчет для минимальных и максимальных значений параметров.

Для варианта № 1 при исходя из реальных характеристик интегральных множительных и делительных устройств (например, К525ПС2) выбираем ; .

Для простоты расчета будем считать, что ФНЧ выполнен на основе повторителя и имеет коэффициент передачи .

Кроме того, считаем, что для синусоидального сигнала ,

где – амплитудное значение входного сигнала.

В этом случае, подставляя соответствующие коэффициенты передачи, получим

.

Например, для структурной схемы варианта № 26 сигналы на выходах блоков с учетом их функций преобразования будут иметь следующий вид:

– на выходе первого логарифмирующего устройства ЛОГ1

;

– на выходе второго логарифмирующего устройства ЛОГ2

;

– на выходе сумматора СУМ

,

где , , – коэффициенты преобразования (передачи) первого и второго логарифматоров и сумматора соответственно.

Если считать, что , то

.

На выходе антилогарифмирующего устройства АНЛОГ

,

где – коэффициент преобразования (передачи) антилогарифматора.

Таким образом, выходной сигнал измерительного преобразователя пропорционален произведению входных сигналов.

2.3. Разработка принципиальной схемы
измерительного преобразователя

Выбор элементной базы. На данном этапе осуществляется выбор основных элементов принципиальной схемы. Рекомендуется выбирать современные зарубежные элементы или их отечественные аналоги. Выбор основных элементов схемы (функциональные преобразователи, операционные усилители) необходимо обосновать исходя из выполняемых функций, места их включения и предъявляемых метрологических требований. Следует привести их основные технические параметры. Выбор типа пассивных элементов схемы также должен быть обоснован (например, прецизионных резисторов) в зависимости от схемы их включения.

Расчет основных элементов схемы – проводится исходя из схемы включения с учетом полученных ранее значений коэффициентов передачи. Номинальные значения пассивных элементов выбираются в соответствии с ГОСТ.

Изображение принципиальной схемы измерительного преобразователя – принципиальная схема оформляется в соответствие с ГОСТ.

Составление перечня элементов – оформление перечня элементов должно соответствовать ГОСТ.

2.4. Моделирование работы
измерительного преобразователя

Исследование работы измерительного преобразователя производится путем моделирования в программной системе Multisim [5, 6].

Создание схемы измерительного преобразователя. Собрать необходимые компоненты на монтажном столе. Провести необходимые соединения в соответствие со схемой. Подключить ко входу схемы генератор и установить на монтажном столе осциллограф. Установить значения элементов в соответствие с произведенными расчетами.

Реализация схемы измерительного преобразователя по варианту № 1 представлена на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Схема измерительного преобразователя

Исследование режимов работы схемы. Включить условное питание схемы и снять осциллограммы на выходах всех функциональных элементов схемы.

Осциллограммы сигналов на выходах основных функциональных блоков измерительного преобразователя по варианту № 1 представлены на рис. 2.11 – 2.15.

Рис. 2.11. Сигнал на выходе первого умножителя

Рис. 2.12. Сигнал на выходе фильтра низких частот

Рис. 2.13. Сигнал на выходе второго умножителя

Рис. 2.14. Сигнал на выходе делителя

Рис. 2.15. Выходной сигнал измерительного

Дата добавления: 2014-10-31