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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Weitbereichs-EMI mit linearer Skala. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Indikatoren, Sensoren, Detektoren In der Industrie eingesetzte Füllstandmessgeräte (LM) sind meist umständlich einzurichten, da ihre Messwerte zeitabhängig sind. Für diese Zwecke eingesetzte Druckaufnehmer enthalten mehrere Geräte in einer Messkette und erfordern daher eine sorgfältige Justierung. Änderungen in der Dichte von Lösungen (aufgrund von Temperaturänderungen) tragen zur Verletzung der Füllstandsanzeige bei. Die Verbindungsschläuche, die Differenzdruckmessgeräte mit Differenzdruck versorgen, haben während der Messung keinen Flüssigkeitsfluss, sodass die Schläuche selbst bei heißem Wasser im Behälter leicht einfrieren. Ähnlich verhält es sich mit einem „verstopften“ Schlauch: Eine häufige Wartung ist erforderlich. Industrielle elektronische Füllstandmessgeräte (ELMs) bestehen oft aus einer großen Anzahl von Teilen, es mangelt ihnen jedoch an Linearität und Stabilität der Messwerte. „Selbstgebaute“ EIUs, die von Genossenschaften hergestellt werden, verfügen oft über Schaltkreise mit Schwingkreisen, und bei falscher Konfiguration können ihre Messwerte mit steigendem Flüssigkeitsstand sinken. Im ENZIM-Werk (Ladyzhin) wurden 1990 mehrere EIUs gemäß den folgenden Diagrammen installiert und die folgenden Reparaturarbeiten durchgeführt: Der Stromversorgungschip wurde entsorgt; Das Netzteil wurde nach unserem Entwurf gefertigt; habe den Elektrolytkondensator ein paar Mal gewechselt; Der Sensor – das isolierte Kabel war mit Shampoo „getränkt“ – wurde durch ein Kabel mit Fluorkunststoffisolierung ersetzt. Abbildung 1 zeigt die Schaltung eines einfachen Kapazitätsmessers mit linearer Skala. Natürlich ist die Genauigkeit den digitalen unterlegen, aber bei der Auswahl der Teile ist es für einen Funkamateur sehr praktisch, da die Skala anzeigt, in welche Richtung sich die Kapazität der zu prüfenden Kondensatoren unterscheidet.
Wenn ein Funkamateur eine Schaltung für mehrere Kapazitätsmessbereiche erstellt (Pins 2 und 6 des DA1-Timers sollten mit dem Verbindungspunkt der frequenzeinstellenden RC-Ketten verbunden werden, und alle Trimmwiderstände sind fest mit Pin 3 des Timers verbunden) Dann benötigen Sie zum Einrichten jedes Kapazitätsmessbereichs einen Modellkondensator. Die komplexe interne Schaltung des Timers funktioniert einfach. Zwei Komparatoren (Eingänge 2 und 6) und eine Triggerschaltung mit Ausgang 3 haben zwei stabile Zustände: 1) Nullausgang, wenn die Eingangsspannung höher als 1/3 der Versorgungsspannung ist; 2) hohe Ausgangsspannung, wenn die Eingangsspannung unter 2/3 der Versorgungsspannung liegt. Unter Berücksichtigung dessen schwankt die Spannung am Kondensator C1 ständig zwischen 1/3 und 2/3 der Versorgungsspannung und am Ausgang des Timers wird eine Folge von Rechteckimpulsen erzeugt. Das Gute an der Mikroschaltung KR1006VI1 ist, dass Sie durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands R1 von 200 Ohm auf 10 MOhm und der Kapazität des Kondensators C1 von 10 pF auf das Maximum eine Schwingungsperiode von Bruchteilen einer Mikrosekunde bis zu Hunderten von Sekunden erhalten können . Die Zenerdiode VD1 ist immer am Timer-Eingang installiert, damit sie beim Einrichten die Timer-Eingänge nicht durch Netzwerkstörungen am Lötkolben und an den Drähten „durchbricht“. Der Transistor VT1 enthält eine Einheit zur linearen Umwandlung der Eingangsfrequenzsignale (vom Timer) und der zu prüfenden Kapazität in elektrischen Strom. Dank der ungewöhnlichen Einbeziehung von VT1 und VD2 laden sie abwechselnd den zu prüfenden Kondensator in den Momenten auf, in denen die Spannung der Ausgangsimpulse ansteigt und abnimmt. Wenn der Kondensator über die Diode VD2 und den Widerstand R4 (sowie den mit dem Transistor „gemeinsamen“ Widerstand R7) geladen wird, wird die Entladung durch das Potenzial der Basis des Transistors und aufgrund der hohen Verstärkungseigenschaften dieses Transistors bestimmt , entsteht entlang des Kollektorkreises und weiter in den Messkreis hinein! Nur zwei Hundertstel des Entladestroms gehen an die Basis des Transistors! Um die Kollektorspannung aufrechtzuerhalten (damit der Transistor als Verstärker arbeiten kann), wird das Basispotential mithilfe eines Teilers R4 und R5 in Richtung „Plus“-Versorgung „verschoben“. Um die „Überlebensfähigkeit“ der Schaltung zu gewährleisten, sollte der Widerstandswert der Widerstände R2, R4, R7, R14 nicht verringert werden. Die Nummerierung der Teile ist so gewählt, dass die Beschreibung dieser Schaltung auch für nachfolgende geeignet ist (gleiche Teilenummern erfüllen die gleiche Funktion). Die Ausgangsstromimpulse des Kapazitäts- und Frequenz-Stromwandlers werden vom Kondensator C5 integriert. Mit dem Widerstand R6 können Sie die Leistung mithilfe eines Modellkondensators anpassen. Die Kondensatoren C3 und C4 glätten die Welligkeit der Versorgungsspannung, C2 sorgt für eine konstante Spannung an den Vergleichsknoten der Timer-Komparatoren. Ein Kurzschluss im Stromkreis des zu prüfenden Kondensators schließt den Transistor VT1 und führt nicht zu einem Unfall. Bei großen Abmessungen des PA1-Messkopfes kann die Montageplatte direkt an den Messkopfanschlüssen befestigt werden. Ein stabilisiertes Netzteil kann in einem separaten Gehäuse hergestellt werden (Abb. 2).
Die Schaltung ist so konzipiert, dass im Gegensatz zu einfacheren Schaltungen ein Anschluss des zu messenden Kondensators mit dem Gehäuse verbunden ist, sodass Sie mit einer solchen Schaltung den Füllstand leitfähiger Flüssigkeiten in Tanks messen können (Abb. 3).
Anstelle des zu prüfenden Kondensators wird eine Füllstandsensorkapazität an den Eingang der Schaltung angeschlossen – ein isolierter Leiter, der vertikal innerhalb der Kapazität befestigt ist. Wenn kein mit Fluorkunststoff isolierter Stift verfügbar ist, können Sie ein mit Fluorkunststoff isoliertes Kabel verwenden. Um keine „titanischen“ Anstrengungen zu unternehmen, um den unteren Ausgang des Kabels zu isolieren, der immer noch stecken bleibt, müssen Sie beide Enden des Kabels durch die Dichtungs- und Isoliervorsprünge nach oben führen. Die Konvertereinheit sollte in der Nähe des Ausgangs des Kapazitätssensors vom Schiff befestigt werden, damit keine „zusätzliche“ Kapazität des Verbindungskabels dem Konvertereingang zugeführt wird. Die Stromversorgung und der Anzeigekopf sind im Schaltschrank eingebaut. Die Stromversorgung und das Ausgangssignal erfolgen über ein 4-adriges Kabel (befinden sich zwei Behälter mit gemessenen Füllständen nebeneinander, reichen vier Adern aus, um die Stromversorgung zu liefern und das Ausgangssignal von beiden Wandlern abzunehmen). Betrachten wir die Unterschiede zwischen der Schaltung in Abb. 3 und der Schaltung in Abb. 1. Der Widerstand R2 hat einen größeren Wert, um den Abstimmbereich zu verringern. Die Kapazität des Kondensators C1, die „grob“ die Frequenz des Generators bestimmt, wird in Abhängigkeit vom Objekt eingestellt. Die Schaltung ist weitreichend und ermöglicht die Messung der Kapazität im Bereich von mehreren zehn Pikofarad und mehreren zehn Mikrofarad, was der Messung des Füllstands im Bereich „vom Glas bis zum Ozean“ entspricht. Die lineare Kapazität des Sensors ist sehr unterschiedlich (die Fluorkunststoff-Isolierung des Kabels hat eine Dicke von etwa 1 mm, und das Kabel, das an Orten mit niedrigen Temperaturen als Sensor verwendet werden kann, kann eine Isolationsdicke von mehreren Millimetern haben), Industrietanks mit Flüssigkeiten haben eine Höhe von Dezimetern bis zu mehreren zehn Metern. Daher liefern wir Richtwerte. Aufgrund der linearen Natur der Änderung des Ausgangssignals aus der Eingangskapazität und der Generatorfrequenz an DA1 ist der Aufbau der Schaltung vor Ort nicht schwierig: Wenn das Ausgangssignal bei voller Kapazität klein ist, sollte die Kapazität C1 so reduziert werden Die Generatorfrequenz erhöht sich und das Ausgangssignal erhöht sich (und umgekehrt), und so eine „grobe“ Einstellung ist innerhalb von Tausenden von Malen einfach durchzuführen! Der Transistor VT1 der Konvertierungseinheit wird umgekehrt eingeschaltet, sodass sein Ausgangssignal mit dem Speicherkondensator C5 und dem Widerstand R6 mit dem „Plus“ der Stromquelle verbunden wird. Die Transistoren VT2 und VT3 wandeln den Spannungsabfall an R6 in einen Ausgangsstrom von 0...5 mA um, der vom „Plus“ zum Gehäuse kommt, um den Messkopf PA1 mit dem zweiten Anschluss an das Gehäuse zu verbinden. Das Ausgangssignal ist aktuell – wenn sich der Widerstand des Messkopfes ändert (auch wenn der zweite in Reihe geschaltet ist), ändert sich der Wert der Messwerte nicht. Dies wird durch Vergleich des Eingangsspannungsabfalls am Widerstand R6 und der „aktuellen“ Spannung an R8 ermittelt. Der Vergleichstransistor VT2 hat eine gute Verstärkung und der zweite der Teiltransistoren (VT3) dient als Stromverstärker. Um den Spannungsabfall am B-E-Übergang des Eingangstransistors des Paares VT2 zu kompensieren, ist eine Siliziumdiode VD6 in Reihe mit dem Eingangswiderstand R3 geschaltet. Der Ausgangstransistor ist relativ leistungsstark, da bei einem Kurzschluss des kapazitiven Sensors der Ausgangsstrom ansteigt. Bei der Füllstandmessung mit der kapazitiven Methode ist es wichtig, dass die Anfangskapazität (Null) des Sensors dann vorhanden ist, wenn sich noch kein Wasser im Behälter befindet. Um die Messwerte des Ausgabegeräts zu reduzieren, „leiten“ wir einen Teil des Stroms durch R8 von den Transistoren zum Widerstand R9 ab. Somit fließt ein Teil des durch den Trimmwiderstand R9 bestimmten Stroms durch den Emitterwiderstand des Vergleichstransistors VT2, und dieser Teil des Stroms fließt nicht zum Ausgabegerät! Somit beinhaltet die komplette Einrichtung des Gerätes:
Das Element zur Einstellung des Reservebereichs ist der Widerstand R6, dessen Widerstandsänderung ohne Änderung der Frequenz des Generators an DA1 auch zu einer Änderung des Hubs des Ausgangssignals führt. Ist es beim Aufbau des Gerätes vor Ort notwendig, Teile anderer Leistung zu verlöten? Nein! Im Gegensatz zu industriellen (und sogar importierten) Geräten verwenden wir Simulatoren des kapazitiven Signals eines Füllstandsensors (Abb. 4).
Nach der Installation des Füllstandsensors muss die Kapazität des Sensors bei leerem Behälter, C0, und nach 100 %iger Flüssigkeitsfüllung, C100, gemessen werden. Danach können Sie per Telefon in eine andere Stadt telefonieren und dort die EIU nach unserem Schema löten und konfigurieren. Tatsächlich ist das Ausgangssignal proportional zur Kapazität des Sensors und die Art der Signaländerung in Abhängigkeit von der Kapazität ist ebenfalls linear. Wenn man Anfang und Ende der Skala „verknüpft“, dann wird alles einfach! Es ist nicht erforderlich, 60-cm³-Behälter mehrmals mit Wasser zu füllen, um die 0- und 100-Prozent-Skala eines Industriegeräts konsistent anzupassen. Es ist notwendig, S1 in die Position „Einstellungen“ zu schalten und den Kippschalter S2 mindestens hundert Mal zu „klicken“, um die Geräteskala konsequent anzupassen. Danach müssen Sie den Behälter einmal über einen Wasserzähler mit Wasser füllen und die Zählerstände entsprechend den ganzen Skalenteilen aufzeichnen. In der Praxis gehen wir die Dinge prosaischer an. Da Kapazitätsmesser an verschiedenen Orten unterschiedlich konfiguriert sein können (sogar ein anderes Stück Kabel am Eingang!), versuchen wir, vor Ort Kondensatoren auszuwählen, die die anfänglichen und endgültigen elektrischen Kapazitäten des Schiffes simulieren. Mit etwas Geschick können Sie einen Behälter aus 3...5 Stückelungen auswählen. Auf der Skala (das ist ein Trick aus der Praxis) versuchen wir, die Anfangskapazität nicht auf 0, sondern auf die erste Division zu „setzen“, damit die Unterbrechung des Stromkreises oder der Bruch des Sensors „auffällt“. der Betreiber. Eine Beschädigung der Sensorisolierung, die zu einem Kurzschluss am Schaltkreiseingang führt, führt dazu, dass das Zeigeranzeigegerät „aus dem Maßstab“ geht. Das Diagramm in Abb. 3 ist für die Installation durch Anfänger geeignet, aber um eine einfache Einrichtung und Linearität der Skala zu gewährleisten, ist es besser, ein Diagramm gemäß Abb. 5 zu erstellen, insbesondere wenn für die gleiche Messung eine Reihe von Geräten erforderlich ist Bedingungen.
Schauen wir uns dieses Diagramm genauer an als die vorherigen. Da die Nummerierung der Teile in den Diagrammen dieselbe ist, werden in dieser Beschreibung auch die vorherigen Diagramme erläutert. Details, die Spannungswelligkeiten glätten:
Aktive (nichtlineare) Elemente:
Strombegrenzer:
Einstellbare Elemente:
Anpassungslimit (vorhanden):
Die Begrenzung der Anpassungen ist notwendig, damit man bei der Herstellung einer Reihe von Geräten mit den gleichen Eingangssignalgrenzen nicht nach variablen Widerständen suchen muss, deren Wert nicht im Bereich der Standardwiderstände liegt, und gleichzeitig sicherstellen muss, dass die Das Gerät ist in engen Grenzen an die Normen angepasst, d. h. erleichtern Anpassungen. Wenn Geräte von der Industrie hergestellt würden, würden solche Begrenzer mithilfe von Schaltern oder Jumpern hergestellt, aber für einen Funkamateur ist es viel einfacher, einen Widerstand mit dem erforderlichen Wert zu löten. Details, die die gewünschte Arbeitsweise der Kaskaden unterstützen:
Ähnlich wie die vorherigen enthält diese Schaltung Kondensatoren mit konstanter Kapazität, die die Kapazität des Sensors simulieren, wenn der Behälter leer und mit Flüssigkeit gefüllt ist. Im Vergleich zu kommerziell hergestellten kapazitiven Füllstandsensor-Signalwandlern bietet die Schaltung folgende Vorteile:
Autor: N. P. Goreiko
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Kommentare zum Artikel: Gast So erreichen Sie N. P. Goreiko, der Autor des Artikels Wide-range EMI with a linear scale? Goreiko Nikolaj Seit der Gründung und Installation dieser Systeme sind 30 Jahre vergangen. Ich bin froh, dass wir es geschafft haben, einen Schritt nach vorne zu machen. Nach der Inbetriebnahme meines EMD fragte der Chef eines Tages, warum in dem französischen Gerät eine elektronische Schaltung in der Nähe des Sensors und in der Nähe des Netzteils ist und in meiner Schaltung die Elektronik nur in der Nähe des Sensors und in der Nähe des Netzteils ist nur ein Anzeigegerät ... antwortete ich bescheiden - weil ich dieses Problem besser verstehe!
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