Лекция № 10. «Принципиальные схемы датчиков»

10.1. Датчики температуры

На рис. 10.1а приведена схема цифрового датчика температуры-генератора импульсов на операционном усилителе, позволяющая по­лучать выходной сигнал, частота которого F линейно зависит от тем­пературы термочувствительного элемента R_t. Термочувствительный элемент R_t выполнен в виде термосопротивления.

Рисунок 10.1 - Принципиальная схема включения терморезистора (а) и транзистора в качестве датчика температуры (б)

На рис. 10.1б приведен пример аналогового термодатчика на р-n переходах- транзисторах T₁ и Т₂, которые являются идентичными, но с той лишь разницей, что за счёт выбора разных номиналов резисто­ров R₁ и R₂ их рабочие токи являются разными. Резисторы R₁ и R₂, транзисторы T₁ и Т₂ включены в мостовую схему, питание которой осуществляется стабилизированным напряжением U_CT. Прямые токи через р-n переходы первого и второго транзисторов являются вели­чинами постоянными, при этом резисторы R₁ и R₂, включенные по­следовательно с р-n переходами, должны быть высокоомными и температурно независимыми. Сигналы U₁ и U₂ с транзисторов подаются на дифференциальный усилитель, на выходе которого сигнал U(T) зависит от температуры термодатчиков.

10.2. Датчики перемещений

Датчики перемещений преобразуют линейные или угловые пере­мещения в сигнал, удобный для использования в схемах контроля и управления. Ёмкостный преобразователь перемещений изображен на рис. 10.2. Перемещение X измеряется с помощью емкостей C1 и С2, имеющими общий подвижной элемент ПЭ, механически связанный с перемещаемой деталью. Измерительные ёмкости представляют со­бой плоскопараллельные конденсаторы с изменяющимся зазором.

На триггере Т_р собран генератор противофазных импульсов q и q, которые по даются на ключи Кл₁-Кл₅.

Измерительные ёмкости С₁ и С₂ включены последовательно и посредством ключевой схемы Kл₁ ... Кл₄ эта цепь за первый полупе­риод импульса q заряжается, а за второй полупериод, переключив­шись, разряжается этим же опорным источником.

Напряжение в измерительной диагонали моста при равенстве между собой абсолютных значений напряжений положительного и отрицательного опорных источников равно:

С моста заряды с емкостей подаются на операционный усили­тель ОУ₁ который одновременно выполняет функции трансформи­рования высокого сопротивления в низкое и функции сравнения сигналов моста и цепи обратной связи. Цикл работы преобразова­теля условно можно разделить на два такта.

Первый такт подготовительный, при этом происходит заряд из­мерительных конденсаторов C₁ и С₂ от источников опорных напря­жений ±U. Ключ Кл₅ заперт, а интегратор на ОУ₂ выполняет функ­ции аналоговой запоминающей ячейки.

Рисунок 10.2 - Принципиальная схема ёмкостного преобразователя перемещений.

Второй такт - измерительный, при этом происходит перезаряд измерительных ёмкостей, ключ Кл₅ отперт, что приводит к появле­нию сигнала интегратора ОУ₂ и цепи отрицательной обратной свя­зи. На выходе интегратора ОУ₂ выходное напряжение U_BbIX пропор­ционально перемещению X и его знаку.