Материалы IX Междунар. межвуз. науч.-техн. конф. студентов, магистрантов и аспирантов,Гомель, 28–29 апр. 2009 г

Хананов, В. А.

Russian

Electronic Library Pavel Sukhoi State Technical University of Gomel (GSTU)

Секция IV. Промышленная электроника 157 Л и т е р а т у р а 1. Михалевич, Д. П. Бесконтактный измеритель постоянных токов / Д. П. Михалевич // Иссле­дования и разработки в области машиностроения, энергетики и управления : материалы междунар. межвуз. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и магистрантов, Гомель, 28-29 апр. 2008 г. / М-во образования Респ. Беларусь, Гомел. гос. техн. ун-т им. П. О. Сухо­го. - Гомель : ГГТУ им. П. О. Сухого, 2008. - 442 с. 2. СТБ 1729-2007. Транспорт дорожный. Троллейбусы. Требования к техническому состоя­нию по условиям безопасности движения. Методы проверки. ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ЗЕРНА В. А. Хананов Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого, Беларусь Научные руководители: В. А. Карпов, А. В. Ковалев В качестве измерителя уровня наиболее удобно использовать емкостные датчи­ки уровня. В настоящее время область применения емкостных датчиков очень об­ширна. Их используют в качестве датчиков контроля максимального и минимально­го уровня (жидкостей и сыпучих материалов) при наполнении емкостей; для измере­ния уровня наполнения емкостей в линиях розлива; для обнаружения металлических и неметаллических объектов, их подсчета и замера промежутков между ними (на­пример, на движущемся конвейере); в качестве датчиков перемещения; для измере­ния влажности и т. д. Во всех вышеперечисленных случаях емкость датчика является функцией от измеряемой неэлектрической величины. В связи с широким распространением доступной микропроцессорной техники (дешевых однокристальных микроконтроллеров) сигналы с датчиков наиболее вы­годно обрабатывать в цифровом виде. Поэтому на сегодняшний день является акту­альной проблема точного преобразования емкости в цифровой код. В настоящее время к таким преобразователям предъявляются требования рабо­ты на частоте до 100 Гц с точностью до 16 разрядов в пределе от 50-1500 пФ и имеющий низкую стоимость. Поведем анализ различных методов достижения вы­шеперечисленных требований. Преобразование емкости в цифровой код осуществляют следующим способом: сначала на выходе измерительной схемы получают напряжение, пропорциональное емкости, а потом это напряжение с помощью АЦП преобразуется в цифровой код. Перечислим ниже наиболее широко распространенные способы преобразования емкости в напряжения. Генераторный метод предполагает установку измеряемой емкости в качестве времязадающей для мультивибратора, и, используя второй мультивибратор с опор­ной емкостью, получают разностные импульсы, среднее напряжение которых про­порционально емкости. Недостатком такого способа является его небольшая точ­ность. Метод, использующий мостовые схемы, также имеет свои недостатки. Мосто­вая схема требует генератора синусоидального напряжения, поэтому на точность преобразования влияет непостоянство амплитуды выходного напряжения генератора синусоидального напряжения; вдобавок для преобразования переменного выходного сигнала в постоянное напряжение используются выпрямители, которые могут при­вести к дополнительным погрешностям. Также имеют место токи утечки через пара-158 Секция IV. Промышленная электроника зитные емкости между выводами детектора нуля и землей. Устранение этих недос­татков влечет дополнительное усложнение устройства. Третий способ предполагает зарядку емкости прецизионным источником тока в течение определенного времени, а затем измерение напряжения на конденсаторе. Недостатком являются повышенные требования к АЦП (очень высокое входное со­противление). Наиболее оптимальным способом преобразования емкости в напряжение будет использование зарядового усилителя (рис. 1). где N- количество выборок перед сбросом. Недостатком таких преобразователей является сквозное прохождение сигнала тактовой частоты, а именно наличие некоторого выходного сигнала (с напряжением приблизительно от 10 до 25 мВ) с частотой тактового колебания. Требования, предъявляемые к АЦП: разрядность - 16 бит, частота дискретиза­ции 100 Гц. По этим требованиям подходят интегрирующие АЦП, сигма-дельта АЦП и АЦП последовательных приближений. Недостатком первых является низкая частота дискретизации, а последних - их низкая помехоустойчивость. Несмотря на все многообразие способов преобразования емкость-напряжение-код, все они имеют существенный недостаток: снижение точности из-за суммирова­ния ошибок преобразователя емкости и АЦП. В целях повышения точности было принято решение поместить измерительную схему непосредственно в АЦП. Без лишних затрат это можно будет сделать в интег­рирующих АЦП, так как в интегрирующих цепях уже применяются конденсаторы. Заменив известную опорную емкость на неизвестную Сх и подключив к ней опорное напряжение, фактически будем измерять время переходного процесса пропорцио­нальное неизвестной емкости. Для повышения точности можно заменить интегратор зарядовым усилителем. Недостатком интегрирующего АЦП является низкая частота дискретизации. Для увеличения частоты этот же принцип следует использовать в сигма дельта АЦП. Если в сигма дельта АЦП поставить интегратор на переключающихся конден­саторах, где одним из конденсаторов будет датчик, и на этот датчик подавать из­вестное напряжение, то ЕД модулятор будет выдавать код пропорциональный неиз­вестной емкости датчика. Таким образом, данные преобразователи имеют все пре­имущества ЕД-АЦП, не должны требовать настройки и могут производиться в виде единой интегральной микросхемы. Стоимость одного такого преобразователя будет равна стоимости ЕД-АЦП. В процессе патентного поиска было определено, что такой метод уже использу­ется фирмой Analog Devices в измерителях емкости AD7746. Вывод: в процессе работы был определен принципиальный метод создания де­шевых прецизионных преобразователей емкости в цифровой код на основе сигма дельта модулятора. Данные преобразователи имеют разрядность 16 бит при частоте дискретизации до 100 Гц, не требуют предварительной настройки и могут произво­диться в виде одной интегральной микросхемы. Литература 1. Сайт Analog Devices [Электронный ресурс]. - 2009. - Режим доступа: http://www.analog.com/. - Дата доступа 06.03.2009. 2. Гауси, М. Активные фильтры с переключаемыми конденсаторами / М. Гауси. - Москва : Радио и связь, 1986. 

Измеритель уровня зерна

https://elib.gstu.by/bitstream/handle/220612/12964/%d0%a5%d0%b0%d0%bd%d0%b0%d0%bd%d0%be%d0%b2%2c%20%d0%92.%20%d0%90.%20%d0%98%d0%b7%d0%bc%d0%b5%d1%80%d0%b8%d1%82%d0%b5%d0%bb%d1%8c....pdf?sequence=1&isAllowed=y

Измеритель уровня зерна

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic Library Pavel Sukhoi State Technical University of Gomel (GSTU)