Моделирование в системе MICRO-CAP измерительных преобразователей на основе датчиков температуры. Курсовая работа (т). Информатика, ВТ, телекоммуникации.
💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Моделирование в системе MICRO-CAP измерительных преобразователей на основе датчиков температуры
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ
БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГОМЕЛЬСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени П.О. СУХОГО
Факультет автоматизированных и
информационных систем
Кафедра “ Промышленная электроника ”
по дисциплине “САПР устройств
промышленной электроники”
на тему: “Моделирование в системе MICRO - CAP измерительных преобразователей на
основе датчиков температуры”
. Исходные данные для проектирования
. Эквивалентная схема измерения температуры с использованием
термопреобразователя сопротивления
. Эквивалентная схема термопреобразователя сопротивления
. Функциональная схема измерительного преобразователя
. Модель термопреобразователя сопротивления
. Схема электрическая принципиальная
.1 Расчет и выбор схемы источника опорного напряжения
.2 Расчет и выбор схемы усилителя с коэффициентом усиления
равным единице (УС1)
.3 Расчет и выбор схемы источника тока
.4 Расчет и выбор схемы входного усилителя
.5 Расчет влияния помех на входе ИП
.6 Расчет и выбор схемы фильтра постоянной составляющей
.8 Расчет выходного преобразователя «напряжение-ток» (ПНТ)
. Настройка расчетной схемы ИП в условиях комнатной
температуры
. Расчет ИП на влияние температуры (расчет дополнительной
погрешности ИП от влияния температуры окружающей среды)
. Расчет погрешности от влияния разброса компонентов
Список используемой литературы. Перечень элементов
В наше время измерению температуры придается большое значение в различных
отраслях промышленного производства. Температура является наиболее массовым и,
зачастую, решающим параметром, характеризующим различные технологические
процессы металлургической, химической, энергетической и других видов
промышленности. Точность измерения температуры очень важна для автоматизации процессов
производства. В зависимости от необходимого диапазона и точности используют
различные методы измерения температуры с помощью таких средств, как стеклянные
жидкостные термометры, манометрические термометры, термопреобразователи
сопротивления, термоэлектрические преобразователи,- оптические и
фотоэлектрические пирометры и другие.
Наиболее распространены методы измерения, основанные на преобразовании
температуры в электрический сигнал. Большинство методов термометрии основано на
изменении свойств материалов от температуры, которые регистрируются вторичными
измерительными приборами, как унифицированными, так и специализированными.
В настоящее время в термометрической технике в результате высокой
чувствительности вторичных приборов на первый план выдвигаются
воспроизводимость свойств первичных измерительных преобразователей,
устойчивость используемых материалов к воздействию внешней среды, надежность и
долговечность всей конструкции датчиков температуры в условиях их эксплуатации.
Помимо указанных качеств также следует принимать во внимание технологичность и
стоимость используемых материалов и компонентов.
Целью курсовой работы по дисциплине «САПР устройств промышленной
электроники» является разработка и моделирование в системе Micro-CAP схемы измерительного преобразователя для первичного
преобразователя температуры, обеспечивающей заданные метрологические
характеристики.
В соответствии с заданием будет разработан платиновый
термопреобразователь сопротивления.
Термопреобразователь сопротивления (ТПС) - первичный измерительный
преобразователь, электрическое сопротивление которого зависит от температуры.
ТПС относятся к классу параметрических датчиков.
В задачи курсовой работы входит преобретение и закрепление знаний у
студентов по дисциплине «САПР устройств промышленной электроники» и развитие
навыков проектирования в системе MICRO-CAP.
1. Исходные данные для проектирования
моделирование
преобразователь датчик температура
Исходными данными для проектирования измерительного преобразователя (ИП)
являются следующие:
. Тип используемого преобразователя - на основе материала Pt .
. Сопротивление термопреобразователя при 0оС Ro=10 Ом.
. Номинальное значение отношения сопротивлений W100 соответственно при
100oC и при 0oC, W100=1.391
. Сопротивление одного провода линии связи, Rлс=3.5 Ом.
5.
Максимальная разница в сопротивлении проводов линии связи, Rлс= 0.25 Ом.
.
Диапазон измеряемых температур, Т=300…400°С.
.
Диапазон изменения выходного сигнала ИП, Iвых=0мA…5мА.
.
Эквивалентное значение напряжения помехи Uп промышленной частоты, наведенной на
вход ИП составляет 50 мВ.
.
Разность потенциалов между точками заземления ИП и защитной арматурой термопреобразователя
сопротивления составляет 25 В.
.
Диапазон температуры ИП составляет (0..60)oC.
.
Дополнительная погрешность ИП от влияния температуры окружающей среды не более d/10oC, где d - погрешность
преобразования ИП.
.
Паразитная емкость и сопротивление изоляции принимаются равными соответственно
1нФ и 500 кОм.
2.
Эквивалентная схема измерения температуры с использованием термопреобразователя
сопротивления.
Эквивалентная
схема измерения представлена на рис. 2.1, где приняты следующие обозначения:
ЗА
- защитная арматура чувствительного элемента термопреобразователя
Rлс -
сопротивление линии связи;из - сопротивление изоляции между ЧЭ и ЗА ТПС;
Спар
- паразитная емкость между ЧЭ и ЗА, обусловленная конструктивными особенностями
ТПС;ов - напряжение между землями ИП и ЗА ТПС (помеха общего вида);нв -
эквивалентное напряжение помехи, приложенное ко входу ИП (помеха нормального
вида);
ИТ
- источник тока ИП, при помощи которого запитывается ПТС;
ВУ
- входной усилитель, усиливающий падение напряжения на ТПС.
Рис.2.1.
Эквивалентная схема измерения температуры с использованием термопреобразователя
сопротивления.
3.
Эквивалентная схема термопреобразователя сопротивления.
Эквивалентная
схема ТПС представлена на рис.2, где приняты следующие обозначения:
ЗА
- защитная арматура чувствительного элемента ТПС;
Функциональная
схема ИП представлена на рис. 4.1, где приняты следующие обозначения:
ТПС
- термопреобразователь сопротивления;
ИТ
- источник тока, служащий для задания рабочего (измерительного) тока через ТПС;
ИОН
- источник опорного напряжения, служащий для задания уровня тока через ТПС и
необходимого напряжения смещения для формирования требуемого диапазона выходного
сигнала;
УC1 - усилитель, с коэффициентом
усиления равным единице;
ВУ - входной усилитель , необходимый для преобразования падения
напряжения на ТПС в требуемое напряжение ;
ФПС - фильтр постоянной составляющей, необходимой для снижения влияния
напряжений Uов и Uнв на результат измерения;
Сум. - сумматор, используемый для смещения выходной характеристики
измерительного преобразователя;
ПНТ - выходной преобразователь «напряжение-ток», необходимый для
получения выходного сигнала в информационной форме постоянного тока.
Рис. 4.1. Функциональная схема измерительного преобразователя.
5. Модель термопреобразователя сопротивления
Первичным измерительным преобразователем температуры является термопреобразователь
сопротивления (ТПС).
Модель ТПС задается в виде пассивного элемента - сопротивления с учетом
заданного ТКС, находимого по W100=1.391
С учетом заданного диапазона измеряемых температур (300...400)град С,
выбираем платиновый термопреобразователь сопротивления класса допуска А, для
которого значения метрологических характеристик определены при температурах
(-220...+850)град С. Для ТПС этого класса допускаемое отклонение сопротивления
от номинального при 0 град С не превышает 0.05%, а допускаемое отклонение
сопротивления (в температурном эквиваленте) от номинальной статической
характеристики преобразования (НСХ) не превышает (0.15+0.002|t|)град С.
Пренебрегая влиянием нелинейности на точность ТПС определим, что для
классу допуска А соответствует допускаемое отклонение сопротивления RО в пределах 0.1%.
Номинальная статическая характеристика ТПС в диапазоне температур 0...600
град С описывается уравнением вида:
Wt(tc) = 1+A*tc+B*(tc)2, где А = 3,9692*10-3 0С-1, (5.1)
Сопротивление ТПС изменяется по закону:
Допускаемое отклонение сопротивления ТПС составляет:
Построим
зависимость сопротивления ТПС от температуры с учетом предельно допускаемых
отклонений (см. рис.5.1):
Rtmax(tc)=R0[1+A*(tc+ )+B*(
tc+ )2] (5.4)(tc)=R0[1+A*(tc- )+B*( tc- )2]
(5.5)
Рис. 5.1 Зависимость сопротивления ТПС от температуры.
При
проведении расчета и моделирования представим модель ТПС как резистор с
допуском 0.1% и линейным ТКС, равным .
где
RO - сопротивление термопреобразователя при 0°С,
Как
видно, зависимость от температуры имеет линейный вид.
Определим значения сопротивлений ТПС для шести равноотстоящих точек
заданного температурного диапазона :
6. Схема электрическая принципиальная
Электрическая принципиальная схема рассчитывается из условия получения
минимальной погрешности преобразования. Суммарная погрешность измерительного
термопреобразователя должна быть не более 0.5%, дополнительная - от влияния
температуры окружающей среды - не более 0.25% на градус Цельсия.
.1 Расчет источника опорного напряжения
Применяем схему трехвыводного интегрального ИОН AD581U,
изображенную на рис 6.1.1.
Рис. 6.1.1 Схема источника опорного напряжения
Основные параметры трехвыводного интегрального ИОН AD581U;СТ. НОМ =10 В;СТ. МАХ =15 мВ в диапазоне температур
(-55..+125) оС;ВХ =(12..30) В;ВЫХ. МАХ =10 мА;
Температурный коэффициент напряжения стабилизации UСТ =5E-6 [1/ оС] в
диапазоне температур (0..70) оС.анализ схемы ИОН в MicroCAP7 при температуре 27
оС показывает, что при изменении входного (питающего) напряжения AD581U в
пределах (12..16)В его выходное (опорное) напряжение находится в пределах
(9.9951..9.9959)В (см. рис. 6.1.2). Кроме того, Transient-анализ показывает,
что при изменении рабочей температуры схемы от 0 до 60 оС опорное напряжение
изменяется незначительно - от 9.9957 до 9.9987 В (см. рис. 6.1.3, рис. 6.1.4).
рис. 6.1.3. Transient- анализ
ИОН при 0 0С
рис. 6.1.4. Transient- анализ
ИОН при 60 0С
.2 Расчет и выбор схемы усилителя с кэффициентом усиления равным единице
(УС1)
Исходя из здания необходимо построить трехпроводную схему (2 варианта)
измерения температуры при помощи ТПС с использованием источника тока(см. рис
6.2.1).
Рис.6.2.1. Второй вариант построения трехпроводной схемы измерения
температуры при помощи ТПС с использованием источника тока
В
трехпроводных схемах методическая погрешность определяется разбросом
сопротивлений r1 и r3. Относительная погрешность данного метода измерения
при :
Недостатком трехпроводных схем является то, что в них помеха общего вида
частично преобразуется в помеху нормального вида. Несмотря на это, в
промышленности трехпроводные схемы получили широкое распространение.
Как видно из рис. 6.2 для реализации второго варианта построения
трехпроводной схемы нужен усилитель (УС1) с коэффициентом усиления, равным
единице. Ко прямому входу этого усилителя подключим напряжение, создаваемое
“токовым” проводом (верхний на схеме), а к инверсному входу - напряжение,
создаваемое “потенциальным” проводом (средний на схеме). К измерительному
устройству поступает разница напряжений: с выхода УС1 и напряжения,
создаваемого “потенциальным” проводом (средний на схеме).
Усилитель (УС1) построим по схеме дифференциального усилителя (см. рис.
6.1.2)
Здесь и далее выбор ОУ будем производить из условия соблюдения допустимой
суммарной погрешности ИП для случая, когда балансировка усилительных каскадов
(настройка на нуль в отсутствие входных сигналов) не проводится.
Выбираем прецизионный ОУ DA1 - OP-07E с параметрами:
±Uвых max = 13 В,см = 30 мкВ,вх = 1.2 нА,
ТКDIвх = 25 пА/град С,вх сф max = ±13 В,вх диф max = ±15 В,
КОСС = 110 дБ,= 0.4 МГц,вых = 3,5 В/мкс.
Резистры рассчитываются из условия:
Зададимся R1 = R2 = R3 = R4 =
10 кОм, тогда:
Uвых =
- R4/R3*U1+U2*R2/(R1+R2)*(1+R4/R3) (6.2.3)
Uвых = - U1*K+ K/(1+K)*(1+K) =
K(U2-U1) = U2-U1 (6.2.4)
Выберем
R1 = R2 = R3 = R4 = 10 кОМ - тип: С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС: -10E-6 [1/ oC] при tC=(-60..+70) oC.
Для того, чтобы промоделировать худший возможный случай по влиянию
температуры ИП на выходную характеристику, здесь и далее задаем ТКС всех
резисторов, равный своему максимальному значению (отрицательному у резисторов,
входящих в числитель передаточной функции каждого блока и положительному - у
резисторов, входящих в знаменатель передаточной функции каждого блока).
Окончательный вид схемы реализации трехпроводной схемы второго варианта
представлен на рис. 6.2.3.
Рис 6.2.3. Реализация В Micro-Cap 7 трехпроводная схема измерения
температуры при помощи ТПС второго варианта.
В качестве ИТ используем схему Хауленда.(см. рис. 6.3.1).
Здесь и далее во избежание дублирования и путаницы нумерация элементов
совпадает с нумерацией элементов на общей схеме.
В данной схеме ИТ точность формируемого измерительного тока в первом
приближении определяется точностью соотношения R17 и R14:
Поэтому в идеале резисторы R12 и R18 должны иметь малый разброс и
согласованный ТКС, желательно небольшой величины. При моделировании рассмотрим
худший реально возможный случай, когда ТКС резисторов R12 и R18 максимальные по
модулю и противоположные по знаку.
Входное напряжение источника тока снимается с выхода ИОН:
Максимальное сопротивление нагрузки источника тока определяется суммой
сопротивлений: сопротивлением ТПС Rt (при максимальной температуре измеряемого диапазона температур) и
сопротивлением трех линий связи с учетом их возможного разброса:
Измерительный ток, согласно ГОСТ 6651-94 (СНГ) должен выбираться из ряда:
0.1; 0.2; 0.5; 1.0; 2.0; 3.0; 5.0; 10.0; 20.0; 50.0 мА. При этом изменение
сопротивления ТПС по причине его разогрева измерительным током не должно
превышать 0.1 %.
Выберем величину измерительного тока 5 мА:
Тип:
С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:
+-10E-6 [1/ oC] при tC=(-60..+70) oC.
Как
было сказано уже выше, для того, чтобы промоделировать худший возможный случай
по влиянию температуры ИП на выходную характеристику, здесь и далее задаем ТКС
всех резисторов, равный своему максимальному значению (отрицательному у
резисторов, входящих в числитель передаточной функции каждого блока и
положительному - у резисторов, входящих в знаменатель передаточной функции
каждого блока).
тип:
С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС: +-10E-6 [1/ oC]
при tC=(-60..+70) oC.
Рассчитываем
значения резисторов , :
тип:
С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:
+-10E-6 [1/ oC] при tC=(-60..+70) oC.
тип:
С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:
+-10E-6 [1/ oC] при tC=(-60..+70) oC.
Выбираем
прецизионный ОУ DA1 - OP-07E с параметрами:
±Uвых max = 13 В,см =
30 мкВ,вх = 1.2 нА,
ТКDIвх = 25 пА/град С,вх сф max = ±13 В,вх диф max = ±15 В,
КОСС
= 110 дБ,= 0.4 МГц,вых = 3,5 В/мкс.
Проверка
соотношения резисторов схемы ИТ Хауленда:
Проверка
величины измерительного тока, выраженной через входное напряжение и резисторы
схемы ПНТ:
Вычислим
выходное сопротивление ИТ с помощью двух опытов для разных нагрузочных
сопротивлений.
Реально
получено (в Transient - analysis с форматом вывода 8 знаков после запятой (см. рис.
6.3.2, 6.3.3)):
Отсюда
выходное сопротивление ИТ при t=27 град С составит:
рис.
6.3.2. Transient- анализ ИТ при RН=32,194 Ом.
рис.
6.3.3. Transient- анализ ИТ при RН=0,32194 Ом.
Схема
входного усилителя представлена на рис.6.4.1
Рассчитаем
дифференциальный измерительный усилитель на трёх ОУ (классическая схема
инструментального усилителя).
Полезный
сигнал на входе ВУ, зависящий от температуры, находится в пределах:
Диапазон изменения полезного сигнала на входе ИП:
Во
всех схемах с повышенными требованиями к точности номиналов формируемых
сигналов предпочтительно использовать ОУ с минимальными значениями Uсм, Iвх, ТКUсм, ТК Iвх
(примерами являются LT1008C фирмы Linear Technology Inc.; LM108A, LM208A,
LM308A, LM11C фирмы National Semiconductor; OP-07E, OP-08A, OP-08E фирмы
Precision Monolithics Inc.). В тех случаях, когда конфигурация усилительного
каскада позволяет устранить аддитивную погрешность, обусловленную Uсм и Iвх (путем встроенной или внешней балансировки ОУ и
симметрирования его внешних сопротивлений), при колебаниях температуры ИП
наличие ненулевых значений ТКUсм и ТК Iвх все
равно будет приводить к погрешностям выходных сигналов. Для всех перечисленных
выше усилителей Uвыхmax = 13…13.4 В. Таким образом сигнал на выходе не должен
превышать 13,4В. Зададимся размахом 1.4В. Тогда необходимый коэффициент
усиления ВУ составит:
Схема
входного усилителя состоит из двух каскадов. Первый каскад (на DA1, DA2)
усиливает дифференциальный входной сигнал c коэффициентом k1 :
Следовательно,
для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резистора R1 и резисторов
R2,R3 максимальным по модулю и противоположным по знаку.
Второй
каскад (на DA3) усиливает дифференциальный сигнал с коэффициентом k2:
Следовательно,
для моделирования худшего случая нужно принять ТКС резисторов R9, R8 и
резисторов R11, R10 максимальным по модулю и противоположным по знаку.
Принимаем
для первого каскада схемы входного усилителя коэффициент усиления
дифференциального сигнала, равный 5, а для второго каскада - коэффициент
усиления, равный 7.86.
Задаемся
равными номиналами R6 и R7:
тип: С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:
+-10E-6 [1/град С] при tC=(-60..+70)град С
Т.к. ТКС и процентный допуск резисторов R6 и R7 имеет такое же значение,
как и у резисторов источника тока, устанавливаем и для них значение
"S5-53F-" атрибута MODEL.
тип: С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:
+-10E-6 [1/град С] при tC=(-60..+70)град С.
Устанавливаем и для них значение "S5-53F-" атрибута MODEL.
тип: С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:
+-10E-6 [1/град С] при tC=(-60..+70)град С.
Устанавливаем и для них значение "S5-53F-" атрибута MODEL.
тип: С5-53Ф,Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.05%, ТКС:
+-10E-6 [1/град С] при tC=(-60..+70)град С.
Устанавливаем и для них значение "S5-53F-" атрибута MODEL.
С учетом выбранных номиналов резисторов коэффициент усиления ВУ составит:
В
качестве ОУ DA1..DA3 выбираем OP-07E. Для использования в схеме
дифференциального измерительного усилителя он обладает высоким КОСС (110 дБ),
малыми Uсм, Iвх и малым их температурным дрейфом. Описание его модели было
рассмотрено выше.
С
учетом выбранных номиналов полезный сигнал на выходе ВУ при 300 и при 400 град
С будет равен:
Расчетный
диапазон изменения полезного сигнала на выходе ВУ составит:
Дифференциальная
помеха будет усилена с этим же коэффициентом усиления K, и ее
амплитудное значение соответственно при 300 и при 400 град С составит:
Определим
при помощи моделирования фактический диапазон изменения полезного сигнала, т.е.
разность постоянных составляющих сигнала на выходе ВУ при Rt,
соответствующих 300 град С и 400 град С. Transient-анализ в MicroCAP7 при
температуре ИП 27 град С дает следующие результаты (см. рис. 6.4.2, 6.4.3):
Рис.6.4.2.
Transient-анализ в MicroCAP7 при температуре ИП 27 град С.
Измерение
разности постоянных составляющих сигнала на выходе ВУ при Rt,
соответствующих 300 град С .
Рис.6.4.2.
Transient-анализ в MicroCAP7 при температуре ИП 27 град С.
Измерение
разности постоянных составляющих сигнала на выходе ВУ при Rt,
соответствующих 400 град С .
Схема
для расчета влияния помех представлена на рис 6.5.1
Рис.
6.5.1 Схема для расчета помех на входе
Uов = 25 В - действующее значение помехи общего вида (ОВ)нв = 0,05 В -
действующее значение помехи нормального вида (НВ)
Rлс =
3.5 Ом - сопротивление линии связи= 500 кОм и Сpar = 1 нФ - сопротивление изоляции и паразитная емкость
между ЧЭ и ЗА ТПС
Сопротивление ТПС (Rt) для
моделирования помехи общего вида представляем в виде двух последовательно
соединенных резисторов сопротивлением 0.5 Rt каждый.
Помеха
общего вида Uов моделируется при помощи источника синусоидального напряжения,
связанного с Rt через эквивалентное комплексное сопротивление .
Помеха нормального вида Uнв моделируется при помощи двух источников
синусоидального напряжения величиной 0.5Uнв каждый, включенных противофазно в
цепи линий связи на входе ИП.
Т. к. входной усилитель должен подавить синфазный сигнал, который может
присутствовать на его входах, достаточно рассчитать величину дифференциальной
помехи, т.е. приложенной между входами ВУ. Она будет определяться суммой
составляющих от Uнв и Uов.
Учитываем, что входное сопротивление по обоим входам ВУ >>Rt и >>r.
Максимальный
дифференциальный сигнал на входе ИП будет равен сумме полезного сигнала и
помех: составляющей от помехи общего вида и составляющей от помехи нормального
вида. Суммарная амплитуда помех будет максимальна при условии, что составляющие
от помех общего и нормального вида на дифференциальном входе ВУ совпадут по
фазе, и именно этот случай представляет практический интерес для расчета.
Рассмотрим
влияние помех общего и нормального вида в данной схеме на состав входного
сигнала ИУ. Для этого составим эквивалентную схему влияния помех (рис. 6.5.2 и
6.5.3).
Рис. 6.5.2. Влияние помех общего и нормального вида в четырехпроводной
схеме измерения температуры с использованием источника тока
Рис. 6.5.3. Эквивалентная схема влияния помех в четырехпроводной схеме
измерения температуры с использованием источника тока
U ОВ
- действующее
значение помехи общего вида частотой 50 Гц, приложенной между землями ТПС и ИП;
R iz , C par -
сопротивление изоляции и паразитная емкость между ЗА и ЧЭ;
U НВ - действующее значение помехи
нормального вида частотой 50 Гц, приложенной между входами ИУ.
Предположим, что одно из сопротивлений линий связи имеет отличие на Δr относительно остальных. Входной
сигнал Uin с учетом помех рассчитаем методом
наложения, т.е. в виде суммы независимых составляющих.
Составляющая от измерительного тока (полезная составляющая):
Составляющая от помехи нормального вида:
Обозначая через z(jω) параллельное соединение Riz и Cpar, найдем составляющую от помехи общего вида:
Эквивалентное
комплексное сопротивление между ЗА и ЧЭ составит:
Амплитуда
помех будет максимальна, когда и совпадают по фазе. В этом случае входной сигнал будет
равен: (6.5.13)
Фазовый сдвиг помехи ОВ на дифференциальном входе ВУ, вносимый Cpar:
Амплитуда
помехи НВ на дифференциальном входе ВУ:
Значение
суммарного сигнала на входе ВУ при условии совпадения по фазе составляющих от
помех ОВ и НВ:
Построим
графики дифференциального сигнала на входе ИП в крайних температурных точках
(см. рис. 6.5.4)
Рис.
6.5.4. Графики дифференциального сигнала на входе ИП в крайних температурных
точках
Минимальная
амплитуда дифференциальной помехи на входе ВУ составит:
Максимальная
амплитуда дифференциальной помехи на входе ВУ составит:
Задаем модели помех в текстовом окне MicroCAP:
.MODEL UNV1 SIN (F=50 A=0.025*1.4142114 DC=0 PH=0.155778
RS=1M RP=0 TAU=0)
.MODEL UNV2 SIN (F=50 A=0.025*1.4142114 DC=0 PH=0.155778
RS=1M RP=0 TAU=0)
.MODEL UOV SIN (F=50 A=25*1.4142114 DC=0 PH=0 RS=1M RP=0
TAU=0)
Модель помехи нормального вида задана с учетом фазового сдвига 0.155791
рад (это среднее значение фазового сдвига, вносимого Cpar в диапазоне изменения
Rt) для моделирования совпадения по
фазе составляющих от помех общего и нормального вида на входе ВУ.
Для проверки правильности расчета найдем значения дифференциального
сигнала на входе ИП в крайних температурных точках для двух произвольных
моментов времени и сравним эти цифры с результатами моделирования источников
помех в MicroCAP:
(24.944,0.05) = 0.238.анализ в MicroCAP7 при температуре ИП
27 град С дает практически такие же результаты (значения сигнала фиксируются
при помощи установки двух меток, соответствующих моментам времени 32 мс и 55 мс
(см. рис. 6.5.5, 6.5.6)):
Определим амплитуду помехи в крайних температурных точках при помощи
Transient-анализа MicroCAP7 при температуре ИП 27 град С:
Рис. 6.5.5. Transient-анализ в MicroCAP7 при температуре ИП 27 град С.
Рис 6.5.6. Transient-анализ в MicroCAP7 при температуре ИП 27 град С.
Измерение дифференциального сигнала на входе ИП для Rt, соответствующего температуре 300
град. (значения сигнала фиксируются при помощи установки двух меток,
соответствующих моментам времени 32 мс и 55 мс)
Измерение дифференциального сигнала на входе ИП для Rt, соответствующего температуре 400
град. (значения сигнала фиксируются при помощи установки двух меток,
соответствующих моментам времени 32 мс и 55 мс)
.6 Расчет фильтра постоянной составляющей (ФПС)
Схема фильтра постоянной составляющей изображена на рис.6.6.1.
Рис. 6.6.1. Схема фильтра постоянной составляющей
Выберем схему инвертирующего фильтра на основе ОУ с МОС.
Расчет и анализ схемы ВУ показал, что составляющие полезного сигнала и
помехи на его выходе имеют один порядок (единицы вольт). Найдем отношение
"помеха/полезный сигнал" выходного сигнала ВУ для крайних
температурных точек ТПС:
Отсюда
следует, что при расчете необходимого затухания АЧХ ФПС на частоте помех (50
Гц) нужно пользоваться отношением "помеха/полезный сигнал" при
температуре ТПС 0 град С (δ_ву(300)=
0.337838469), как максимальным в пределах диапазона измеряемой температуры.
С
учетом допустимой погрешности всей схемы ИП (Uдоп = 0.5%)
зададимся максимальной погрешностью (т.е отношением "помеха/полезный
сигнал")на выходе фильтра d ф=0.2%:
Затухание
[дБ] АЧХ ФПС на частоте 50 Гц при этом должно превысить следующее значение:
Для
выбора частоты среза необходимо определить частотный диапазон информационного
сигнала и помех. Максимальная скорость изменения температуры по заданию
составляет Vt=0.1 град/с. Определим отсюда максимальную частоту изменения
информационного сигнала [Гц]:
Тепловая
инерционность стандартных термометров сопротивления находится в диапазоне
единицы секунд - единицы минут, т.е. информационный сигнал будет без искажений
обработан температурным датчиком. Выделение информационного сигнала на фоне
помех измерительной цепи осуществляется при помощи ФПС.
Необходимый
порядок фильтра для реализации заданной АЧХ определяется по формулам:
где
a1=3, a2=44,91952336 - затухание,
Выберем
частоту среза и ширину переходной области АЧХ так, чтобы частота f1 с
затуханием a2=44,91952336 дБ была меньше или равна 50 Гц : fс=1
Гц
Найдем
нормированную ширину переходной области АЧХ:
Теперь
мы можем найти необходимый порядок ФНЧ Чебышева и Баттерворта для реализации
заданной АЧХ, используя формулы (6.6.10) и (6.6.11)
При полученном необходимом порядке (n = 2) для ФНЧ Баттерворта и (n = 2) для ФНЧ Чебышева (т.е.
одинаковых аппаратных затратах), выбираем ФНЧ Баттерворта, т.к. его АЧХ ближе к
идеальной в частотном диапазоне информационного сигнала.
ФНЧ 2-го порядка обеспечивает наклон АЧХ в переходной области и полосе
задерживания, примерно равный -40 дБ/дек. Увеличению частоты в 10 раз будет
соответствовать уменьшение коэффициента передачи в 100 раз, затухание [дБ] на
частотах выше fc будет изменяться по закону:
На
частоте 50 Гц затухание АЧХ фильтра должно составить:
Таким
образом, фильтр 2-го порядка должен с запасом обеспечить минимально необходимое
затухание помехи .
Из
справочника найдем нормированные коэффициенты передаточной функции для звена
2-го порядка ФНЧ Баттерворта:
Для
получения меньших емкостей конденсаторов поделим все емкости и умножим все
сопротивления ФПС на общий коэффициент k:
Т.к.
реализуется фильтр 2-го порядка при необходимом порядке 1,622 к элементам
фильтра предъявляются менее жесткие требования по разбросу и температурной
стабильности, чем к элементам ИОН, ИТ и ВУ. Исключение составляют резисторы R16
и R15, определяющие коэффициент передачи фильтра по постоянному току:
Эти
резисторы должны обязательно быть прецизионными, в отличие от остальных
пассивных компонентов фильтра. Для моделирования худшего случая нужно принять
ТКС резисторов R14 и R13 максимальным по модулю и противоположным по знаку.
тип:
К71-4,Uном-250 В, ряд E192, допуск 5%, предельный ТКЕ:
+-100E-6
[1/град С] при tC=(-60..+85)град С
тип:
К71-4,Uном-250 В, ряд E192, допуск 5%, предельный ТКЕ:
+-100E-6
[1/град С] при tC=(-60..+85)град С
тип:
С5-54В, Pном-0.125 Вт, ряд E192, допуск 0.01%, ТКС: +-10E-6 [1/град С] при tC=(-60..+70)град
С
тип:
С2-29В,Pном-0.125 Вт, ряд E24, допуск 0.1%, группа ТКС -"А":
+-75E-6
[1/град С] при tC=(-6..+20)град С
+-25E-6
[1/град С] при tC=(+20..+155)град С
Т.к.
ТКС резистора R19 в диапазоне температур (0..+20)град С составляет ±75E-6
[1/град С], а в диапазоне температур (+20..+27)град С составляет ±25E-6 [1/град
С], модуль его эквивалентного линейного ТКС для температуры +27 град С будет
равен:
ТС(27)
= 20*75*10-6/27+7*25*10-6/27 = 6,2037*10-5 (6.6.29)
В текстовом окне MicroCAP задаем для R3 модель резистора
"S2-29V+" с линейным ТКС = +62.037E-6 и значением разброса
масштабного множителя сопротивления (R), равным 0.1%: .MODEL S2-29V+ RES (R=1
LOT=0.1% TC1=62.037E-6)
Для мини
Курсовая работа (т). Информатика, ВТ, телекоммуникации.
Сочинение На Тему Татарстан На Английском
Реферат: Шпаргалки по истории отечественного гос и права 18-19 века
Контрольная работа по теме Оценка инвестиционной привлекательности ОАО 'Авиакомпания ТРАНСАЭРО'
Курсовая работа: Распределение Пуассона. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Інкорпорація та консолідація як первинні форми систематизації банківського законодавства України
Сочинение Рассуждение Современные Митрофанушки
Реферат: Острая догоспитальная правосторонняя нижнедолевая пневмония средней степени тяжести
Контрольная работа по теме Управление судном
Реферат по теме Професіоналізм, культура та дисципліна управлінської діяльності
Курсовая работа по теме Принципы предпринимательского права
Доклад по теме Внутрипроизводственные логистические системы. Составление производственного расписания
Тема Бездомные Животные Сочинение Для 3 Класса
Лекция по теме Дистанционные защиты сетей. Односистемные и многосистемные защиты. Многосистемные защиты с макси- и миниселекторами
Курсовая работа: Методика аудиторской проверки расчетов с заказчиками
Мышечная Активность И Сердечная Деятельность Реферат
Курсовая работа: О систематизации и методах исследования фразеологических материалов
Сочинения Лирика Тютчева
Курсовая работа по теме Торговый маркетинг: сущность, основы и содержание
Курсовая работа по теме Оценка стоимости квартиры
Курсовая Работа На Тему Одноступенчатый Горизонтальный Цилиндрический Редуктор С Шевронным Зубом И Клиноременной Передачей
Похожие работы на - Гигиена содержания кошек
Реферат: Оценка доходности бренда на примере ОАО МТС
Похожие работы на - Хронология развития теории организации