Главная Операционные усилители



Глава 11

СХЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

И УСИЛЕНИЯ СИГНАЛОВ МОСТОВОГО ДАТЧИКА

Для работы всех тензометрических датчиков, построенных по схеме моста Уитстона, а также ряда других систем требуются специальные схемы возбуждения и усиления сигналов постоянного и переменного тока.

Во многих случаях схемы, работающие с сигналами постоянного тока, и схемы, работающие с сигналами переменного тока, полностью взаимозаменяемы, но иногда следует подумать о том, какую же из них все-таки выбрать. Схемы переменного тока более универсальны, они позволяют работать с резистивными, емкостными и индуктивными датчиками. Схемы постоянного тока используются только в системах с резистивными датчиками. Их главное достоинство по сравнению со схемами переменного тока заключается в низкой стоимости.

В качестве усилителя сигналов мостового датчика, работающего на постоянном токе, можно использовать почти любой усилитель, поэтому можете просто обратиться к гл. 7 и выбрать какую-либо схему из числа дифференциальных усилителей постоянного тока.

Методы возбуждения сигналом постоянного тока

Рис. 11.1 иллюстрирует методы создания потенциала возбуждения в резистивном тензометрическом датчике. В простейшем методе, который иллюстрируется рис. 11.1, а, для питания моста используется обычная батарея. Может быть, в наш век сложнейшей электроники смешно говорить о батареях, но тем не менее использование появившихся в последнее время сухих элементов с высокими значениями емкости может дать большие преимущества. Я говорю о батарейках для карманных фонарей, которые стоят недорого и продаются в магазинах и отделах электротоваров. Этот метод может подвести только в тех случаях, где проводятся точные измерения, а калибровка затруднена. Напряжение возбуждения в такой схеме, как правило, будет неточным и, кроме того, будет убывать за время службы батареи. Если же высокая точность не нужна или если при каждом использовании системы нетрудно произвести калибровку, то батарея может сослужить добрую службу.




Напряжение возбуждения SB пост mo/ta


Рис. 11.1. Возбуждение датчика от батареи (а); использование зенеровского диода Д: для возбуждения датчика (б); схема возбуждения с использованием трехвыводного стабилизатора на ИС (а).

На более высокой ступени сложности стоит схема, изображенная на рис. 11.1,6. Здесь для стабилизации напряжения возбуждения, получаемого от источника питания постоянного тока, используется стабилизатор на зенеровском диоде. Этим методом с успехом пользуются в тех случаях, когда к точности предъявляются умеренные требования и когда выбран хороший диод.



Однако в большинстве обычных зенеровских диодов потенциал пробоя характеризуется большим разбросом, поэтому эти диоды можно использовать только при невысоких или умеренных требованиях к точности. Там, где требования к точности выше, можно использовать эталонные высококачественные зенеровские диоды и диоды, отобранные вручную из большой партии. Не следует также упускать из внимания температурный дрейф, так как у большинства зенеровских диодов значение Vz в широком температурном диапазоне не сохраняется. При изменении нагрузки внутренний нагрев часто вызывает дрейф потенциала даже в тех случаях, когда температура окружающей среды поддерживается на относительно постоянном уровне.

Самый сложный метод предполагает использование стабилизированного источника питания, призванного ослабить влияние температурного дрейфа. Рис. ll.l.s иллюстрирует этот метод. В качестве источника можно использовать любой из описанных в литературе прецизионных стабилизаторов напряжения или какой-либо из трехвыводных стабилизаторов на ИС. Хорошие результаты получают со схемами типа А7 805, LM 340-5 или LM 320-5 (для отрицательных потенциалов возбуждения). Эти устройства обеспечивают потенциал, близкий к значению 5 В, которое как раз входит в пределы допустимого диапазона для большинства датчиков. Действительное значение потенциала возбуждения не будет равно точно 5 В, поэтому возникнет некоторая ошибка. Однако для обычного устройства значение потенциала лежит в пределах от 4,9 до 5,1 В; следовательно, такой ошибкой можно пренебречь. Здесь важно, чтобы потенциал сохранил номинальное значение после того, как ИС достигнет стабильного теплового состояния (как правило, через несколько минут). Тем самым предотвращаются ошибки, связанные с изменением напряжения возбуждения.

Из числа выпускаемых промышленностью стабилизаторов (в каждом типе они различаются с помощью буквенного суффикса) лучше выбирать те, у которых значение тока в несколько раз превышает значение тока, потребляемого датчиком. Ток можно определить по закону Ома: I=ElR = blR, где R - сопротивление одного плеча моста Уитстона. Лучше всего просто взять за правило выбирать устройства с номиналами 1 А или 750 мА, даже если требуемый ток не должен превышать 100 мА.

Защита от перенапряжения

Датчики в большинстве своем выходят из строя, если напряжение возбуждения в течение длительного времени превосходит установленные для него пределы. Многие датчики работают при напряжении возбуждения в диапазоне от О до 10 В постоянного тока, но для некоторых диапазон ограничен значением не



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [60] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0107