Главная Преобразователи механических величин



Настроив измерительную систему на некоторый постоянный уровень Фо(0 получим следующую связь между диаметром и временем, за которое контролируемый сигнал достигнет заданного порогового уровня: dt = Ci; d/t=Ci, где Ci и Сг - некоторые пос-Ч-оянные.

Следовательно, диаметр будет равен соответственно dcjt; d = tc2, т. е. использование управляемого источника излучения (диода) с соответствующим законом изменения потока во времени позволяет использовать фотоприемник и измерительный тракт в пороговом режиме, что существенно повышает точность измерения.

При измерении плотности или массы объекта прошедший через объект поток излучения подчиняется закону Бугера - Ламберта, и если изменять облучающий поток во времени по экспоненциальному закону с постоянной времени т

Фо(0 = Фе/\ (3.15)

где Фо* = const, то информативный поток

---km

Ф.мф(0 = Фое , (3.16)

где k - коэффициент, зависящий от длины волны.

Фиксируя время, за которое сигнал фотоприемника достигает установленного значения (порога), получаем

Финф(и = Фое , (3.17)

где С2 = const - установленный порог. Отсюда m = atc-p-b, где а= Ь=1п - . (3.18)

/ср - время срабатывания (от начала экспоненты до момента ее пересечения с порогом).

Таким образом, связь между массой (плотностью) объекта и временем /ср оказывается линейной. Пороговый режим фотоприемника плотностью устраняет влияние нелинейности световой характеристики.

Аналогично можно применить изменение потока по спадающей экспоненте. В этом случае получается следующая зависимость:

m = b-at,p. (3.19)

На рис. 3.2 приведена структурная схема устройства для контроля плотности, основанного на этом способе. Оно имеет те же недостатки, что и описанный выше концентратомер.

Таким образом, одноволновые одноканальные устройства обладают существенным недостатком, связанным с нестабильностью интенсивности излучения СИД, и, следовательно, имеют ограниченную область применения.



Рис. 3 2. Структурная схема устройства с функциональной разверткой потока излучения: ЗГ - задающий генератор; ФБП- функциональный блок питания; И - излучатель (светоизлучающий диод); О -объект; ФП - фотоприемник; ПУ -пороговое устройство; Т - триггер; ИВИ - измеритель временных интервалов

В одноволновых двухканальных устройствах контроля, в отличие от одноканальных, вводится второй эталонный канал или второй опорный СИД, излучающий на той же длине волны, что и основной.

На рис. 3.3 приведена структурная схема одноволнового двух-канального фотометра с отрицательной обратной связью по оптическому каналу [33]. Выделим в структурной схеме фотометра два контура. Первый контур (отрицательной обратной связи - ООС) содержит функциональный генератор 1, дифференциальный усилитель 2, сумматор 3, устройство управления интенсивностью излучения 4, СИД 5, оптический разделитель 6, оптический канал 7, включающий рабочую кювету 8 и фотоприемник 10. Второй контур (измерительный) содержит СИД 5, оптический разделитель 6, оптический канал с эталонной кюветой 9, фотореле И, элемент И 12, генератор 13 счетных импульсов и цифровой регистратор 14.

Рассмотрим работу контура отрицательной обратной связи. Пусть на выходе функционального генератора 1 формируется, например, импульсное линейное нарастающее напряжение

Мд (t) =-- at,

(3.20)

i I

Рис. 3 3. Структурная схема фотометра:

/ - Функциональный генератор; 2 - дифференциальный усилитель, 3 - сумматор; 4 - устройство управления; 5 - светоизлучающий диод; 6 - оптический разделитель; 7 - кюветное отделение; 8,9 - рабочая и эталонная кюветы; /О - фотопрнемник; - фотореле; /2 - элемент И; 13 - генератор счетных импульсов; 14 - цифровой регистратор

где a = UmaxT - крутизна линейно нарастающего напряжения; Чтах - наибольшее напряжение в момент окончания импульса длительностью Т; t - текущее время, в течение которого формируется очередной сигнал генератора /

Это напряжение поступает на входы дифференциального усилителя 2 и сумматора 3. Пройдя через сумматор 3, сигнал поступит на вход устройства управления интенсивностью излучения 4. Это устройство регулирует световой поток СИД 5, не изменяя спектрального состава светового потока.



Линейно нарастающий во время действия импульса Wn(0 световой поток Фо(/) СИД 5, проходя оптический разделитель 6, делится на два потока. Один поток Ф] (/) =/Ci0o(/), где Ki-<1 - коэффициент деления оптического разделителя 6 для первого потока, поступает в кюветное отделение 7. Поток K2o{t), проходя через рабочую кювету 8 с коэффициентом оптического пропускания Кр, уменьшается до КйКрФх (О и падает на фотоприемник 10 с линейной энергетической характеристикой фототока (например, фотодиод). Фотоприемник 10, имеющий чувствительность S, преобразует падающий на него световой поток в электрический сигнал Щп{1) =8Фо(1)Кр, который поступает на первый вход дифференциального усилителя 2. Если в какой-то момент сигнал фотоприемника 10 отличается от напряжения функционального генератора /, то на выходе дифференциального усилителя 2 появляется сигнал рассогласования, усиленный дифференциальным усилителем 2. Этот сигнал поступит на другой вход сумматора 3 в такой полярности, чтобы, изменив сигнал на выходе сумматора 3 посредством устройства управления интенсивностью излучения 4, изменить световой поток СИД 5. Коррекция Фо(0 приведет к появлению на выходе фотоприемника 10 сигнала, равного в каждый момент / сигналу функционального генератора причем чем больше коэффициент усиления дифференциального усилителя 2 (при работе в зоне устойчивости), тем меньше различие между сигналом фотоприемника 10 и Un{t). Поэтому можно записать Un{t) = - ua(t)- Раскрывая значение Ыфп(/), получаем

и{1) = 8ККФ,{1). (3.21)

Равенство сигналов сохраняется независимо от коэффициента Пропускания рабочей кюветы 8. Чем меньше Кр, тем больше в каждый момент световой поток СИД 5.

Таким образом, контур ООС стабилизирует световой поток Фо(0 так, чтобы сигнал на выходе фотоприемника 10 (с линейной энергетической характеристикой фототока) в любой момент пренебрежимо мало отличался от сигнала функционального генератора /. Равенство этих сигналов за счет воздействия контура ООС сохраняется независимо от вида передаточных характеристик сумматора 3 и устройства управления интенсивностью излучения 4, от функции преобразования управляющего воздействия в световой поток СИД 5, от коэффициента пропускания рабочей кюветы 8. При этом контур ООС должен удовлетворять условию: время обработки сигнала рассогласования должно быть много меньше времени формирования сигнала функционального генератора

Рассмотрим работу измерительного контура. Оптическим раз-Делителем 6 формируется второй световой поток Ф2{1) = КФоЦ), Где К2 - коэффициент деления оптического разделителя 6 для Второго потока. Этот поток пройдет через кюветное отделение 7 с эталонной кюветой 9, имеющей коэффициент оптического пропускания Кз, и поступит на фотореле 11с порогом срабатывания



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


0.0099