Rys1. Schemat blokowy uk adu. Napi cie wyj ciowe czujnika [mv]

Transkrypt

1 Wstp Po zapoznaniu si z wynikami bada czujnika piezoelektrycznego, ramach projektu zaprojektowano i zasymulowano nastpujce ukady: - ródo prdowe stabilizowane o wydajnoci prdowej ma (do zasilania czujnika); - przedwzmacniacz pomiarowy, odpowiednio ksztatujcy charakterystyk czujnika; - wywietlacz cyfrowy. Na podstawie zalece projektowych schemat blokowy ukadu przedstawia si nastpujco: ys. Schemat blokowy ukadu. Wyniki bada czujnika zasilonego ze róda prdowego zamieszczono w tabeli poniej. W tabeli tej pokazano take wyniki regresji liniowej charakterystyki przetwarzania badanego czujnika. Poniewa bd aproksymacji nie przekracza ±,5%, zrezygnowano z ukadu linearyzacji charakterystyki czujnika. Cinienie [kpa] Napicie wyjciowe czujnika [mv] Zmierzone Aproksymowane wg. wzoru: y = 7,6778*x+29,629 Bd aproksymacji w odniesieniu do zakresu pomiarowego = ( A - Z ) / ( Z (0) - Z (0) ) [%] 0 29,97 29,6290-0,5 0,5 33,6 33,679-0,9 37,6 37,3068-0,20,5,2,57-0,2 2,07,986,2 2,5 8,82 8,8235 0, ,69 52,662-0,0 3,5 56,50 56,503 0,00 60,3 60,302 0,00,5 6,8 6,79 0, ,3 68,080-0,5 5,5 7,03 7,8569, ,8 75,6958-0,9 6,5 79,97 79,537-0, ,8 83,3736-0, 7,5 87,38 87,225-0,22 8 9, 9,05-0,08 8,5 9,96 9,8903-0, ,65 98,7292 0,0 9,5 03,38 02,568 -, ,57 06,070, 2

2 20 00 Napicie wyjciowe czujnika [mv] Cinienie [kpa] ,5 Napicie wyjciowe czujnika Aproksymacja liniowa ys2. Pomierzona charakterystyka przetwarzania czujnika. [%] 0,5 Cinienie [kpa] -0, ,5 Bd aproksymacji w odniesieniu do caego zakresu pomiarowego ys3. Bd aproksymacji liniowej charakterystyki przetwarzania czujnika. Opis i dziaanie ukadu.) Stabilizowane ródo prdowe. Do poprawnego dziaania czujnika potrzebne jest ródo prdowe o stabilizowanym prdzie wyjciowym ma. Korzystajc z programu PSpice zamodelowano odpowiedni ukad, wykorzystujcy dwa tranzystory npn typu MPS653. Odpowiednie poczenie tranzystorów gwarantuje stabilizacj prdu na poziomie ma przy zmianach rezystancji obcienia w zakresie 0[] 20[k]. Warto prdu pyncego przez obcienie dla takiego ukadu mona obliczy ze wzoru: 0 0.6V 2 3

3 Na wyjciu czujnika zastosowano wzmacniacz operacyjny pracujcy w ukadzie wzmacniacza odejmujcego, w celu odniesienia spadku napicia ma czujniku do potencjau wzgldem masy. kad przetwarza napicie wedug wzoru: ) ( ) ( ) ( Schemat róda prdowego oraz charakterystyk zmiany wartoci prdu wyjciowego w funkcji zmian obcienia pokazano poniej. ys. kad zasilania czujnika. ys5. Charakterystyka zmian wartoci prdu wyjciowego stabilizowanego róda prdowego w funkcji zmian obcienia.

4 2.) Przedwzmacniacz pomiarowy Kolejnym etapem projektu byo zaproponowanie ukadu przedwzmacniacza pomiarowego. Jego zadaniem jest przeskalowanie charakterystyki wyjciowej czujnika w celu lepszego dopasowania go do wejcia wywietlacza cyfrowego. kad zosta oparty na wzmacniaczu operacyjnym μa 7, pracujcym w konfiguracji nieodwracajcej. ezystory 9 oraz 0 ustalaj wzmocnienie wzmacniacze w ten sposób, aby dla napicia wejciowego 30mV (cinienie 0 kpa) napicie wyjciowe wynosio 0V, a dla napicia wejciowego 05,5mV (cinienie 0kPa) napicie wyjciowe wynosio 0V. W ten sposób uzyska mona bezporedni odczyt cinienia na wywietlaczu woltomierza cyfrowego o zakresie 20V. ys6. kad przedwzmacniacza pomiarowego. ezystory 7 i 8 ustalaj warto potencjau wejcia odwracajcego wzmacniacza operacyjnego tak, aby dla napicia wejciowego 30mV napicie wyjciowe wynosio 0V. Potencjometrem P mona dokadnie wyzerowa ukad dla cinienia 0 kpa. 5

5 ys7. Charakterystyka napicia wyjciowego ukadu w funkcji zmian napicia wejciowego. 3.) Wywietlacz cyfrowy Wizualizacj wyniku pomiaru opracowano na ukadzie scalonym CL707, pracujcym w typowej dla siebie aplikacji woltomierza cyfrowego o zakresie 20V. Dziki takiemu zakresowi na wywietlaczu otrzymuje si bezporedni odczyt cinienia w zakresie 0 0 kpa. Elementy 0 C decyduj o wartoci czstotliwoci wewntrznego generatora taktujcego i zostay tak dobrane, aby wynosia ona 50kHz. Wtedy uzyskuje si zminimalizowanie zakóce sieciowych. Diody prostownicze D D2 D3 ograniczaj jasno wywietlacza, a poniewa segmenty LED s bezporednio sterowane z wyj ukadu CL707, diody zmniejszaj nagrzewanie si ukadu. Do poprawnej pracy wymaga podania na wejcie V - (wyprowadzenie 26) napicia ujemnego (-5-3V), które z zaoenia nie bdzie dostarczane przez zasilacz. Zastosowano wic powielacz diodowy C8 C9 D D5 sterowany przebiegiem prostoktnym z wyjcia oscylatora ukadu wzmocnionym prdowo przez równolegle poczonych inwertorów mocy zawartych w ukadzie 3 (CD09). 6

6 ys8. kad wywietlacza cyfrowego. kad mona zasili za pomoc scalonego stabilizatora 782 pracujcego w typowej konfiguracji. Do zasilania woltomierza cyfrowego wykorzysta mona ukad Literatura:. Czujniki i przetworniki pomiarowe Jan Zakrzewski; Wyd. Politechniki lskiej Gliwice 200; 2. kady elektroniki profesjonalnej Gunther Klasche, udolf Homer; Wyd. Komunikacji i cznoci; 3. Noty katalogowe ukadów: a. ua7; b. NE555B; c. LM32; d. CL707; 7