nL J

Рис. 8.18

На рис. 8.17 показан емкостный датчик, основанный на изменении диэлектрической проницаемости среды между пластинами. В этом случае

С = Ь[Нео -ь h(E - Ео)]; S = bh,

где Eq-электрическая постоянная воздуха. Примером такого датчика является емкостный уровнемер (рис. 8.18).

Изменение емкости датчика часто регистрируется по изменению частоты генератора, в колебательный контур которого включен датчик.

Рассмотренные датчики могут быть разделены на два основных класса: датчики, которые вырабатывают энергию при воздействии измеряемого параметра (к ним относится, например, термопара, вырабатывающая ЭДС, зависящую от измеряемой температуры),-такие датчики называются датчиками-генераторами; датчики, которые при воздействии измеряемого параметра изменяют свой основной электрический параметр-индуктивность, емкость или сопротивление. Такие датчики называются датчиками-модуляторами.

8.3. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Схемы включении датчиков-генераторов. Простейщая схема включения датчика-генератора постоянного тока показана на рис. 8.19.

Ток в измерительном приборе (в цепи нагрузки)

I = E,/(Ro-br-bRJ,

где Ro - внутреннее сопротивление датчика; R -сопротивление нагрузки (внутреннее сопротивление прибора); г-сопротивление соединительных проводов; Е,-ЭДС, возникающая под воздействием усилия X.

Обычно сопротивление датчика и проводов зависит от температуры или окружащих условий, поэтому следует применять измерительные приборы с большим внутренним сопротивлением. При R Rq -(- г напряжение на нагрузке

U = R,E,/(Ro + r+RJ E..

Внутреннее сопротивление термопар из металлических проводников Rq 1 Ом при нормальной температуре возрастает до 5...б Ом при температуре 1000...1500°С. Сопротивление проводов г также составляет 5... 10 Ом, поэтому для измерения температуры без дополнительных поправок следует применять милливольтметры с внутренним сопротивлением более 100 Ом. При меньшем сопротивлении или для более точных измерений необходимо вносить поправки на изменение сопротивления термопары и соединительных проводов.

Рассмотренное устройство называется устройством прямого измерения и позволяет измерять полное значение параметра (в приведенном примере-температуру). Недостатком его является то, что оно не позволяет более точно измерить параметр в ограниченном диапазоне. Если, например, нужно не только определить температуру среды, но и с высокой точностью измерить изменение этой температуры в диапазоне от 100 до 110°С, то целесообразно было бы добиться нулевого показания прибора при температуре 100°С и 100%-ного использования шкалы при температуре 110°С.

Измерять не абсолютное значение параметра, а его изменение позволяют устройства компенсационного измерения. Простая схема компенсационного измерения показана на рис. 8.20.

Часто датчик-генератор включают в мостовую цепь измерения (рис. 8.21). Сопротивления плеч моста выбирают так. чтобы соблюдалось равенство RqRS = R2R1. При этом ток через измерительный прибор, включенный в диагональ моста,

1о = EJ[RJ,l + R1)/(R2 + R3) -1- Ro -1- Rl].

(А и.

о

О

RZ R3

Рис. 8.22

Рис. 8.21

Часто применяют дифференциальные цепи, питание которых осуществляется через трансформатор с двумя вторичными обмотками Й)ис. 8.24). Измеряемый ток в этом случае равен разности токов:

1о = Ii - 1 = U/2AZ/[ZZ. + (Z + AZ)(Z, + Z)].

Если AZ мало по сравнению с Z, то

Io*U/2AZ/[Z(2Z,-t-Z)].

Следует учитывать характер Z, (например, омическое сопротивление R емкостное l/(jfflCJ или индуктивное jfflLJ и преобразовывать приведенные формулы в соответствии с правилами вычисления комплексных величин.

Схемы включении датчиков-модуляторов.

Простая схема последовательного включения датчика-модулятора (схема непосредственного измерения) имеет вид, приведенный на рис. 8.22. Она питается от источника переменного тока с напряжением U, а датчик можно представить как комплексное сопротивление Z,. Ток в нагрузке

I = U/(Z, + Zo + AZJ,

где AZ, - изменение комплексного сопротивления датчика при воздействии измеряемого параметра X; Zf,-начальное комплексное сопротивление датчика.

При изменении значения X мостовая цепь переменного тока имеет вид, показанный на рис. 8.23.

8.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ УЗЛЫ

АВТОМАТИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВ

Симметричный триггер. Симметричным триггером называется устройство, имеющее два устойчивых состояния, в одном из которых выходное напряжение практически равно напряжению источика питания, а в другом близко к нулю.

Триггер (рис. 8.25) представляет собой сочетание двух транзисторных ключей, в которых входная базовая цеш> одного ключа соединяется с выходной коллекторной цепью второго ключа через параллельно включенные резистор и конденсатор. Если транзистор VT1 открыт и находится в режиме насыщения, то потенциал его коллектора U,i О, а на базе транзистора VT2

Рис. 8.23

г

6 \kn 6

Рис. 8.24 Рис. 8.25

действует положительный потенциал от источника Ej через делитель R52, R2. Следовательно, транзистор VT2 будет закрыт и потенциал его коллектора U,2 - Е„ а на базу VT1 подается отрицательное смещение. При этом устройство находится в одном из двух устойчивых состояний. При подаче на базу VT1 положительного напряжения входного сигнала через разделительный конденсатор Cpi транзистор VT1 закроется, потенциал U,i становится отрицательным и, поступая на базу VT2 переводит его в состояние насыщения. Триггер переходит во второе устойчивое состояние, из которого его можно вывести, подав отрицательный входной сигнал во входную цепь транзистора VT1.

На рис. 8.26 приведена практическая схема триггера, способного работать с частотой переключения f = 1000 кГц; амплитуда входного импульса 1...10 В, длительность фронта входного импульса 0,3 мкс, амплитуда выходного импульса 7... 10 В.

На рис. 8.27, 8.28 показаны схемы триггеров на микросхемах, управляемые импульсами положительной полярности с амплитудой 3...7 В. Длительность входных импульсов 1...10 мкс, сигнал на выходе 1 имеет амплитуду 2...2,8 В, на

гтм

Выход 1 Выход 2

Рис. 8.26

C11000

BAI М22ТШ1Г

R3 3,9к +12 В

R1 9,1 к

VBI Д9

Е

Выход 1

R2 1,1 к

Выход г

Рис. 8.27

RZ кЗк

А1 К122ТШ1Г С11000

02 1000

VBZ Д9

R1 9,1н

R5 9,1 к

<Ш-+12В Выход 1

j R3 1,1 н

Выход 2

Rh Ч,3к

Рис. 8.28

R1 ЗВк

R2 ЗВн

R3 ЗВн

1КТ901

1KJ901

RB ЗВн

Т0,01нк

1RT901

R8 I.ZM X-0 +

Рис. 8.29

лплппппппппп

h п п п п п г,

п п п п

Г1 п п п п п г

Рис. 8.30

выходе 2-3 в. Триггер на рис. 8.27 с раздельными входами. Триггер на рис. 8.28 со счетным входом.

На рис. 8.29 приведена схема делителя частоты входных импульсов положительной полярности. Делитель состоит из трех микросхем типа 1КТ901 и резисторов R1-P8. Резисторы R4 и R5 являются нагрузками основного триггера, а R2, R3, R6 и R7-нагрузками коммутирующих триггеров. Резистор Rg и конденсатор С используются для установки исходного состояния триггера в момент подачи питающего напряжения. На рис. 8.30 приведены диаграммы напряжений (относительно минусовой щины), поясняющие работу делителя.

Напряжения: входное-6...20 В, выходное 5...19 В, максимальная частота входных импульсов 150 кГц.

Триггер с эмиттериой связью (триггер Шмнт-та). Кроме рассмотренных симметричных триггеров щирокое распространение получил несимметричный триггер или триггер с эмиттерной связью. Этот триггер также имеет два устойчивых состояния и часто применяется в качестве преобразователя синусоидального или линейно изменяющегося напряжения в импульс прямоугольной формы.