Измерительный канал бесконтактного датчика тока
Цель работы заключаются в том, чтобы составить функциональную схему канала, поясняющую логику и характер операций выполняемых отдельными функциональными устройствами. Выбрать первичный преобразователь (на основании исходных данных), а также рассмотреть принцип действия первичного преобразователя и его конструктивные особенности. В курсовом проекте необходимо осуществить подбор компонентов… Читать ещё >
Измерительный канал бесконтактного датчика тока (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Судовой Автоматики и Измерений
Курсовой проект по дисциплине
«Первичные преобразователи»
На тему: «Измерительный канал бесконтактного датчика тока»
Выполнил: студент гр. 2480 _______________________ Антонов.А.В.
Проверил: Профессор. _______________________ Хруцкий О.В.
Санкт-Петербург
Содержание Задание Введение
Реферат
1. Функциональная схема измеряемого канала
2. Выбор первичного преобразователя
3. Операционный усилитель
4. Фильтр верхних частот.
5. Реле
6 Световая индификация
7. Источник питания
8. Принципиальная схема измерительного канала Вывод Список использованной литературы Задание
— Бесконтактный датчик тока
— Диапазон измерения параметра I=(1ч10)A
— Значение уставки <=1A;>=10A
— Уровень выходного сигнала U=(1ч5) В;
— Фильтрация ПФ-3 fc1=40Гц;fc2=110Гц
— Выход на зелённый и красные светодиоды (уровень) Ключевые слова: первичный преобразователь, принципиальная схема, индикаторное устройство, датчик, функциональная схема.
В курсовом проекте присутствуют рисунки, таблицы, графики.
Введение
Объектом исследования, в данной работе, является измерительный канал датчика температуры корпуса электродвигателя.
Цель работы заключаются в том, чтобы составить функциональную схему канала, поясняющую логику и характер операций выполняемых отдельными функциональными устройствами. Выбрать первичный преобразователь (на основании исходных данных), а также рассмотреть принцип действия первичного преобразователя и его конструктивные особенности. В курсовом проекте необходимо осуществить подбор компонентов измерительного канала и произвести расчет функциональных устройств. А также составить принципиальную схему измерительного канала.
Реферат Бесконтактный датчик-электронный прибор для бесконтактной регистрации наличия или отсутствия определенного класса объектов в зоне своего действия.
Бесконтактный включатель осуществляет коммутационную операцию при попадании объекта воздействия в зону чувствительности включатель. Отсутствие механического контакта между воздействующим объектом и чувствительным элементом ВБ обеспечивает ряд специфических свойств.
Датчики тока предназначены для измерения постоянного или переменного токов с гальванической развязкой силовой цепи и цепей контроля.
Конструкция датчиков тока включает в себя магнитопровод с зазором и компенсационной обмоткой, датчик Холла и электронную плату обработки сигналов. Магниточувствительный датчик Холла закреплен в зазоре магнитопровода и соединен с входом электронного усилителя.
При протекании измеряемого тока по шине, охватываемой магнитопроводом, в последнем наводится магнитная индукция. Датчик Холла, реагирующий на возникшее магнитное поле, вырабатывает напряжение, пропорциональное величине наведенной магнитной индукции. Выходной сигнал с датчика усиливается электронным усилителем и подается в компенсационную обмотку. В результате, по обмотке течет компенсационный ток, пропорциональный измеряемому току по величине и соответствующий ему по форме. Возникающее при этом магнитное поле компенсационной обмотки компенсирует магнитное поле измеряемого тока, и датчик Холла работает как нуль-орган. При этом полоса частот, пропускаемая таким датчиком тока, составляет от 0 Гц (постоянный ток) до 200 кГц.
1. Функциональная схема измеряемого канала Д — датчик;
У — операционный усилитель;
ПФ-3 полосовой фильтр третьего порядка Р-реле СИ-световая индикация Принцип действия функциональной схемы С источника питания подается напряжение. Датчик регистрирует силу тока провода и преобразует её в электрический сигнал. Далее сигнал поступает на усилитель, который усиливает сигнал до нужного значения по напряжению. После этого, полученный сигнал проходит через полосовой фильтр третьего порядка (ФВЧ-3), который отсекает верхние и нижние частоты. Сигнал подаёться на реле и если сила тока <=1 тогда загорается зеленный светодиод, если сила тока >=10 тогда загорается красный светодиод.
2. Выбор первичного преобразователя
На основе данных я выбираю датчик тока фирмы Honeywell CSNE381 т.к. он полностью удовлетворяет моим исходным данным.
Рис 1. Датчик тока CSNE381
канал преобразователь датчик фильтр
Характеристики | ||
Тип подключения к измеряемой цепи | бесконтактный | |
Выход | линейный | |
Максимальный допустимый ток, А | ||
Измерение постоянного тока, Iпост | да | |
Измерение переменного тока, Iпер. | да | |
Измерение импульсного тока, Iимп. | да | |
Ток включения, А | 0.25 | |
Ток выключения, А | ; | |
Напряжение питания, В | ||
Минимальная чувствительность, мВ/А*виток | ; | |
Время отклика, мс | ||
Рабочая температура, С | 0…70 | |
Максимальный выходной ток, мА | ||
Корпус | CSN | |
Производитель | Honeywell Inc. | |
Особенности
· Конкурентная соотношение цена / производительность
· Быстрое реагирование
· Высокая перегрузочная способность
· Малые габариты и вес
Габариты датчика
Рис 2.
3. Операционный усилитель
Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.
В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.
В данном курсовом проекте будем использовать усилитель компании «Analog Devices» марки OP297GS.
Рис.3
Технические параметры
Число ОУ в одном корпусе | ||
Архитектура | биполярные транзисторы на входе | |
Минимальное напряжение питания, В | ||
Максимальное напряжение питания, В | ||
Ток питания в пересчете на усилитель, мА | 0.525 | |
Входное напряжение смещения, мВ | 0.08 | |
Входной ток при 25оС, мкА | ||
Входной ток смещения, мкА | ||
Температурный дрейф нуля, мкВ/оС | 0.6 | |
Коэффициент усиления с разомкнутой ОС, дБ | ||
Входное сопротивление, МОм | ||
Входная емкость, пФ | ||
Коэффициент ослабления синфазной составляющей (КОСС), дБ | ||
Граничная частота усиления в малосигнальном режиме, МГц | 0.5 | |
Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс | 0.15 | |
Температурный диапазон | инд. | |
Корпус | SO8 | |
4. Полосовой фильтр
Полосно-пропускающий фильтр — фильтр, который пропускает частоты, находящиеся в некоторой полосе частот.
Полосовой фильтр — линейная система и может быть представлен в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра высоких частот.
Рис 4. Принципиальная схема фильтра.
Фильтр Баттервомрта — один из типов электронных фильтров. Фильтры этого класса отличаются от других методом проектирования. Фильтр Баттерворта проектируется так, чтобы его амплитудно-частотная характеристика была максимально гладкой на частотах полосы пропускания.
Рис. 5.
Для фильтра Баттерворта 3 порядка АЧХ затухает на -18 дб/декада.
Этот полосовой фильтр состоит из двух активных фильтров высоких и низких частот третьего порядка.
Для того чтобы фильтр низких частот стал фильтром высоких частот нам потребовалось поменять местами R и C.
Для ФНЧ:
C0=½пfгр;
С1 = т1С0;
С2 = т2С0;
С3 = т3С0;
т1, т2, т3- берём из таблицы коэффициентов для фильтра Баттерворта 3 порядка.
F=450кГц;
R=10 кОм;
C1=0.63пФ;
C2=1.64пФ;
C3=52.5нФ;
Для ФВЧ:
R0=½пfгр;
Rl = R/m1;
R2 = R/m2;
R3 = R/m3;
m1, m2, m3 — берём из таблицы коэффициентов для фильтра Баттерворта 3 порядка.
F=125кГц;
С123=1 пФ;
R1=0.53 кОм;
R2=0.49 кОм;
R3=3.97 кОм;
5. Реле Реле — это электромеханическое устройство (переключатель), предназначенное для коммутации электрических цепей при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных величин.
Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки.
По заданию необходимо применить электромагнитное реле. Для удобства подключения, воспользуемся переключающим реле. Выбираем реле РЭС60 РС4.569.435−04.01, которое удовлетворяет заданным условиям.
Рис 6 Рис 7
Ток питания обмотки | постоянный | |
Классификация реле по начальному состоянию | одностабильное | |
Поляризация | нейтральное | |
Классификация по числу коммутационных положений | двухпозиционное | |
Количество обмоток | ||
Номинальное рабочее напряжение, В | ||
Максимальное рабочее напряжение, В | 4,5 | |
Контактный набор | 1 перекл. | |
6. Световая индикация Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.
В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.
По условию требуется вывести датчик на зеленый и красный светодиоды. Мой выбор остановился на светодиодах марки АЛ307БМ и АЛ307ВМ.
Рис. 8 Светодиод «АЛ307БМ»
Основные технические данные:
Цвет свечения | красный | |
Длина волны, нм | ||
Минимальная сила света Iv мин., мКд | 0,9 | |
Максимальная сила света Iv макс., мКд | 0,9 | |
При токе Iпр., мА | ||
Видимый телесный угол, град | ||
Цвет линзы | красный | |
Форма линзы | круглая | |
Размер линзы | ||
Максимальное прямое напряжение, В | ||
Максимальное обратное напряжение, В | ||
Максимальный импульсный прямой ток, мА | ||
Рабочая температура, С° | — 60…70 | |
Рис. 9 «АЛ307ВМ»
Основные технические данные:
Цвет свечения | зеленый | |
Длина волны, нм | ||
Минимальная сила света Iv мин., мКд | 0,4 | |
Максимальная сила света Iv макс., мКд | 0,4 | |
При токе Iпр., мА | ||
Видимый телесный угол, град | ||
Цвет линзы | зеленый | |
Форма линзы | круглая | |
Размер линзы | ||
Максимальное прямое напряжение, В | 2,8 | |
Максимальное обратное напряжение, В | ||
Максимальный импульсный прямой ток, мА | ||
Рабочая температура, С° | — 60…70 | |
R=(Uвх-Uвых)/Iн
R=950 Ом
Рис 10. Схема подключения светодиода.
6. Источник питания
В качестве источника питания, мы используем регулируемый блок питания фирмы «Velleman».
Рис. 11. PS2122LE
Описание:
Встроенный сетевой выключатель.
Защита от короткого замыкания и перегрузки.
Выходные напряжения: 3 — 4,5 — 6 — 7,5 — 9 — 12 В.
Максимальный ток нагрузки: 2А.
Размеры корпуса: 155×95×71мм.
Вес: 1,35 кг.
Технические параметры:
Выходное напряжение- 12 В.
Выходной ток- 1.5 А.
10. Принципиальная схема измерительного канала
Рис 12. Описание работы схемы.
С источника питания подается напряжение. Датчик регистрирует и преобразует в электрический сигнал изменение силы тока распространяющуюся в рассматриваемом проводе, датчик демонстрирует увеличение или уменьшение силы тока.
Далее, идёт усилитель, который увеличивает сигнал по амплитуде, до требуемой величины. После этого, сигнал попадает на полосовой фильтр, который отсекает низкие и высокие частоты. Далее идет реле которое в случае уменьшение силы тока включает первый диод, при увеличение силы тока второй диод. Если не один из диодов не загорелся значит сила тока в пределах нормах.
Вывод В данном курсовом проекте был рассмотрен измерительный канал безконтактного датчика тока. В первую очередь был выбран по заданным значениям первичный преобразователь и его детальное изучение. Проведена работа по подборке элементов измерительного канала и их реализация. При совмещении полученных знаний я составил принципиальную схему измерительного канала.
Список используемой литературы
1. ТитцеУ., Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника»;
2. Клаассен К. Б. «Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике»;
3. Аш Ж. с соавторами «Датчики измерительных систем»;
4. Конспект
5. www.platan.ru [2]
6. www.chipdip.ru
7. Wikipedia.org [1]