Лабораторная работа 2 Корректор нелинейности датчика Теоретические сведения

В автоматических системах управления и измерительной технике используются корректирующие звенья различного назначения, в частности, для корректировки нелинейности датчиков. В качестве примера рассмотрим устройство линеаризации характеристики датчика, используемого для измерения влажности зерна и реализующего наиболее надежный и простой способ измерения сопротивления на постоянном токе. Нелинейность такого датчика проявляется в области малых значений влажности, где зависимость сопротивления от содержания влаги носит логарифмический характер. Это позволяет представить эквивалентную схему датчика в виде последовательно включенных резистора Rd и диода Dd (рис.23). Корректирующее звено выполнено на операционном усилителе OU, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор Rk последовательно с диодом Dk. Для наблюдения эффекта линеаризации введен переключатель А, который нажатием клавиши А клавиатуры замыкает диод Dk.

Для получения передаточной характеристики рассматриваемого устройства используется функциональный генератор в режиме пилообразного сигнала и осциллограф в режиме развертки В/А, при котором выходной сигнал Uo, поступающий на вход канала B, разворачивается сигналом с функционального генератора, поступающим на вход канала А.

Р ис.23. Эквивалентная схема корректора нелинейности датчика.

Результаты моделирования при выключенном корректирующем диоде (в положении переключателя А, показанном на рис.23) приведены на рис.24, из которого видны искажения, вызванные нелинейностью датчика в области небольшой влажности, т.е. при низких уровнях сигнала на выходе датчика (при анализе осциллограмм и коэффициента передачи не забывайте, что используется инвертирующий усилитель).

Результаты моделирования при переводе выключателя в положение, соответствующее включению коррекции, показаны на рис.25, откуда видно, что исчезли искажения выходного сигнала, а передаточная характеристика не имеет характерного излома,

а)

а

б

Р

б)

ис.24. Осциллограммы входных (А) и выходных (В) сигналов (а) и передаточная характеристика датчика (б) в схеме на рис.23 при выключенной коррекции

вызванного нелинейностью датчика. Для более сложной коррекции могут быть использованы универсальные функциональные преобразователи, рассмотренные в [1].

Порядок выполнения работы

1. Проведите моделирование схемы на рис.23 при различных типах диодов Dd и Dk. При моделировании необходимо учесть, что диоды работают в прямо смещенном режиме и их вольтамперная характеристика в таком включении описывается выражением: или , где - обратный (тепловой) ток; - температурный потенциал p-n-перехода, при температуре он равен 26 мВ. Каким параметром диода в приведенной формуле необходимо варьировать, чтобы при моделировании добиться положительных результатов?

2. Проведите моделирование схемы на рис.23 при сопротивлении датчика 100 Ом (учтите рекомендации п.1).