Разделы сайта

Разработка электрической принципиальной схемы измерительной части прибора

Электролитические сенсоры и на выходе выдают очень слабый аналоговый сигнал, порядка нескольких десятков наноампер, поэтому требуется усиление этого тока. Для этих целей подойдут дифференциальные усилители с большим коэффициентом усиления, но истинный коэффициент определяется схемотехническим видом ОУ и петлей ООС. К тому же их ток потребления чрезвычайно мал, а входы усилителя тока не потребляют. Схема включения датчиков с инвертирующим ОУ приведена на рисунке 7.3.[14].

Рисунок 7.3 - Схема усилителя для датчиков газа

Резисторы R5 и R4, устанавливаемые между неинвертирующим входом и землей, уменьшает ошибку, возникающую из-за тока смещения. Так как ОУ имеет емкостную нагрузку, то последняя вместе с выходным сопротивлением усилителя образует инерционное звено, которое дает дополнительный фазовый сдвиг выходного напряжения. Все это уменьшает запас по фазе, и схема усилителя может самовозбудиться уже при незначительной величине нагрузочной емкости.

Для устранения этого явления в цепь обратной связи включается дополнительный конденсатор С1, С2 и С3. В этом случае обратная связь представляет собой интегродифференцирующее фазо-опережающее звено, создающее в окрестности частоты среза положительный фазовый сдвиг, компенсирующий запаздывание, вносимое емкостью нагрузки.[15].

Основные критерии для параметрического поиска ОУ: предельно малые значения смещения нуля, входного тока и дрейфа нуля, низкое энергопотребление и низкий уровень шума.

Таким характеристикам удовлетворяют прецизионные и низковольтные ОУ, такие как AD707, MAX4289, КР140УД12, К140УД14А, 140УД24. Окончательно был выбран ОУ MAX4289, имеющий ультранизкий уровень напряжения с малым потребляемым током, что делает MAX4289 идеальным для применения в системах с автономным питанием, даже от одного щелочного элемента. Также ОУ имеет широкий диапазон входного синфазного сигнала, и размах выходного сигнала, который практически равен диапазону напряжения питания, что позволяет использовать почти всю энергию питания в выходном сигнале.

Отличительные особенности:

- Низкое рабочее напряжение: гарантировано от 1.0 В до 5.5 В;

- Диапазон входных сигналов: от 0 до (VCC - 0.2 В);

- Ультранизкое энергопотребление: 9 мкА (типичное);

- Оптимизирован для работы с источником питания из одного элемента;

- Совместимость с однополярными источниками питания 3.0 В и 5.0 В;

- Низкое напряжение смещения: 0.2 мВ;

- Низкий входной ток смещения: 5 нА;

- Высокий коэффициент усиления при разомкнутой петле обратной связи: 90 дБ;

- Выходной уровень сигнала питания и выходное сопротивление 5 кОм;

- Выпускается в миниатюрном корпусе 6-Pin SOT23 (3x3мм).

В схеме подключения ОУ с датчиками значения сопротивлений RG и RL подбираются для каждого сенсора индивидуально. Заявленная производителем величина RL нагрузки для любого датчика выбирается из диапазона 10-47 Ом. Для всех цепей примем его за 10 Ом, в целях удобства расчетов. В ОУ резисторы RG и RL образуют делитель, падении напряжения на резисторе RG равняется Uвых, а падение напряжения на RL равно Uвх. Тогда можно записать:

, (7.2)

или коэффициент усиления по напряжению:

, откуда (7.3)

. (7.4)

Uвх можно определить исходя из максимальной концентрации газа и чувствительности датчика:

Uвх=макс. концентр. газа (ppm) * чувствительность (нА/ppm).

Окончательно формула выглядит так:

. (7.5)

Пример для расчета датчика угарного газа CO-AE:

макс.концентр.газа (ppm)= 100.000, чувствительность (нА/ppm)= 20, тогда

25 кОм.

Аналогичные расчеты проведем и для других преобразователей, после чего занесем их в таблицы характеристик сенсоров, приведенные в приложении Б.

Самое читаемое:

Автоматизация работы теплового насоса
В настоящее время при автоматизации процессов в промышленности все более широкое распространение получают различные системы автоматического управления. Автоматическое управление в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека ...